• 분석과학
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• 제23권6호
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• pp.566-571
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• 2010

양이온 교환능력을 갖는 합성 K-birnessite를 이용하여 수용성 우라늄 이온($UO_2^{2+}$)에 대한 흡착 거동을 조사하였다. K-birnessite는 KMnO4 수용액과 염산을 반응시켜 합성하였으며, 합성된 K-birnessite의 구조, 비표면적 및 표면전하 등 물리화학적 특성을 규명하였다. $K^+$ 이온은 층상구조를 갖는 $MnO_2$ 층간에 존재하였으며, BET 비표면적은 $38.30\;m^2/g$이었다. 우라늄 흡착실험 조건인 pH 5.00, 이온세기 0.010M $NaClO_4$에서 측정된 K-birnessite의 표면전하는 $-1.65\;C/m^2$이었다. 우라늄 이온은 K-birnessite 층간의 $K^+$와 이온교환 반응을 통하여 흡착하였으며, 분배계수는 일반적인 이온교환물질과 유사하였다. 본 연구결과는 고준위 방사성 폐기물 지하처분장으로부터 유출될 수 있는 방사성물질의 이동을 저지하는 방법으로 활용될 수 있을 것이다.

• 농약과학회지
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• 제12권1호
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• pp.43-49
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• 2008

Arylnitrile계 살균제인 chlorothalonil의 탈염소화를 촉진시키기 위하여 금속촉매인 zerovalent iron(ZVI) 및 manganese oxide(pyrolusite 및 birnessite)를 수중 처리하여 pH에 따른 chlorothalonil의 분해정도, 탈염소화 그리고 분해산물의 구조를 조사하였다. ZVI, pyrolusite 및 birnessite를 처리하였을 경우 PH가 낮을수록 chlorothalonil의 분해효율은 높게 나타났다. pH 5.0에서 ZVI, pyrolusite 및 birnessite를 각각 1.0%(v/w) 처리하였을 때 chlorothalonil의 분해반감기는 ZVI 4.7시간, pyrolusite 13.46시간 및 birnessite 21.38시간으로 나타났다. Chlorothalonil의 탈염소화 정도를 나타내는 D/N value의 평균값은 ZVI, pyrolusite 및 birnessite를 처리하였을 경우 각각 2.85, 1.12 및 1.09 이었다. Chlorothalonil의 분해산물은 GC-MS를 이용하여 분석한 결과 pyrolusite와 birnessite에 의해 chloride ion이 하나 이탈된 trichloro-1,3-dicyanobenzene과 둘 이탈된 dichloro-1,3-dicyanobenzene으로 확인되었으며, ZVI에 의한 분해산물은 pyrolusite, birnessite의 분해산물과 동일한 trichloro-1,3-dicyanobenzene, dichloro-1,3-dicyanobenzene을 비롯하여 환원이 더 진행된 chloro-1,3-dicyanobenzene과 chlorocyanobenzene으로 확인되었다.

• 상하수도학회지
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• 제27권2호
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• pp.155-164
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• 2013

The main purpose of this research was to examine the adsorption/ion exchange characteristics of radioactive species such as cesium and strontium onto synthetic Na-birnessite (sodium-birnessite). As part of efforts to investigate the sorption behavior of cesium and strontium onto synthetic Na-birnessite, batch isotherm tests were performed under different experimental conditions. Na-birnessite was synthesized by the oxidation of $Mn^{2+}$ ions in sodium hydroxide solution. The synthetic Na-birnessite was characterized by powder x-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), energy-dispersive x-ray spectroscopy (EDS), and Brunauer-Emmett-Teller (BET) surface area analysis. Cesium and strontium concentrations were determined by atomic absorption spectroscopy (AAS). The removal efficiency of strontium by Na-birnessite was around 95 % which was much higher than that of cesium (~ 32 %). The results imply that strontium has a higher affinity for Na-birnessite than cesium because strontium, divalent cation leads to larger electrostatic attraction than monovalent cesium.

• 한국지하수토양환경학회지:지하수토양환경
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• 제17권4호
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• pp.1-8
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• 2012

The success of stabilization treatment in heavy metal contaminated sediment depends on the heavy metal bioavailability reduction through the sequestration of the heavy metals. This study was performed to assess the changes in the bioavailability of Pb or Cd in the Pb or Cd contaminated sediments by using birnessite and hydroxyapatite as stabilizing agents. The toxicity tests were carried out using a microorganism (Vibrio fischeri), an amphipod (Hyalella azteca) and an earthworm (Eisenia foetida). With Vibrio fischeri, the toxicities of both Pb and Cd were reduced by more than ten times in the presence of birnessite and hydroxyapatite compared to that of in the absence of birnessite and hydroxyapatite. The concentrations of Pb and Cd in the contaminated sediments were lethal to Hyalella azteca, however, in the presence of birnessite and hydroxyapatite more than 90%, on average, of Hyalella azteca survived. With Eisenia foetida, the bioaccumulated concentrations of both Pb and Cd were reduced by more than 75%, on average, lower with the addition of birnessite and hydroxyapatite to the contaminated sediments. These results show that the addition of birnessite and hydroxyapatite can reduce the bioavailability of Pb and Cd in contaminated sediments. In addition, the in situ and ex situ performance of birnessite and hydroxyapatite as stabilizing agents can be verified using the toxicity tests with Hyalella azteca and Eisenia foetida, respectively.

• 공업화학
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• 제21권5호
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• pp.590-592
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• 2010

본 연구에서는 리튬 2차 전지의 양극물질 중 하나인 Li-Mn spinel ($LiMn_2O_4$)을 합성하기 위해 전구체로 K-Birnessite ($K_xMnO_2{\cdot}{yH_2O}$)를 이용하였다. K-Birnessite는 과망간산칼륨[$KMnO_4$]과 우레아[$CO(NH_2)_2$]를 사용하여 수열합성법으로 합성하였고, K-Birnessite와 LiOH를 수열 반응시켜 Li-Mn spinel 나노입자를 제조하였다. 리튬함량에 따른 Li-Mn spinel 의 구조 및 형상 변화와 전기화학적 특성에 대한 경향성을 알아보기 위해 LiOH와 K-Birnessite의 몰 비를 조절하여 Li-Mn spinel를 합성하였다. 합성된 분말은 X-ray diffraction (XRD), field emission scanning electron microscopy (FE-SEM), energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS), thermogravimetry (TG)를 이용하여 물질의 구조 및 형상을 분석하였고, 정전류법으로 양극재의 용량과 율 특성을 비교 분석하였다. 그 결과 LiOH/K-Birnessite의 몰 비가 0.8일 때 가장 큰 용량($117\;mAhg^{-1}$)을 나타냈고, 몰 비가 증가할수록 Li-Mn spinel 중 리튬함량이 증가하여 용량은 감소하였으나, 입자크기는 작아져서 율 특성은 점점 향상되는 경향을 보였다.

• 광물과 암석
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• 제33권3호
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• pp.143-152
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• 2020

버네사이트(birnessite)는 약 7Å의 d-spacing을 가지는 대표적인 층상형 산화망간광물로 높은 양이온 교환능력을 가지기 때문에 지하수나 퇴적물 공극 유체의 화학조성을 결정짓는 중요한 역할을 한다. 버네사이트의 양이온 교환 반응 기작을 규명하기 위해서는 층간 내 양이온의 배위 환경과 결정구조에 대한 원자 수준의 이해가 매우 중요하다. 이번 연구에서는 원자 수준의 계산광물학 방법인 고전 분자동역학(classical molecular dynamics; MD) 시뮬레이션을 이용하여 기존 실험에서 보고된 화학조성을 가지는 삼사정계 Na-와 K-버네사이트의 결정구조, 층간 양이온의 배위 환경 및 적층 구조를 계산하였다. 계산 결과는 기존 X-선 실험에서 보고된 격자 상수와 층간 배위 환경을 잘 재현하여 시뮬레이션 방법의 신뢰성을 보여주었으며, X-선 실험만으로는 구분하기 어려운 층간의 양이온과 물 분자 위치를 구별한 원자 수준의 정보를 제공하였다. 망간 팔면체 층의 적층 순서는 동일하지만 층간 내 Na⁺와 K⁺의 위치가 서로 상이하고, 층간 양이온의 배위 환경과 결정구조 간의 상관관계를 보인다. 원자 수준의 분자동역학 시뮬레이션은 버네사이트의 양이온 교환 반응 기작 규명에 크게 기여할 것으로 기대한다.

• Applied Biological Chemistry
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• 제41권5호
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• pp.384-389
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• 1998

제초제 propanil(3',4'-dichloropropionanilide)과 그 분해산물인 DCA(3,4-dichloroaniline)가 laccase, horseradish peroxidase(HRP) 및 birnessite에 의하여 중개된 oxidative coupling에 의하여 토양 유기물의 구성성분에 병합될 수 있는지를 알기 위하여 토양 유기물의 monomer들과의 반응성을 조사하였다. Propanil 또는 DCA가 단독으로 존재하는 반응조건에서는 산화환원촉매들에 의하여 이들의 전환이 거의 이루어지지 않았거나 상당히 낮은 수준이었다. 그러나 humic monomer들이 있을 때 laccase와 HRP의 경우 propanil은 syringic acid와 DCA는 catechol과 높은 전환율을 나타내었으며, birnessite의 경우 DCA는 protocatechuic acid와 높은 전환율을 나타내었다. DCA의 전환율은 laccase의 경우 catechol과 pH 8.0에서 24시간 동안 반응시킬 때, HRP의 경우 catechol과 pH 3.0에서 2시간 동안 반응시킬 때 가장 높았고, birnessite의 경우 protocatechuic acid와 pH 5.0에서 2시간 동안 반응시킬 때 가장 높았다. Humic monomer의 농도를 증가시킬수록 DCA의 전환율도 증가하였다. Humic monomer 대신 dissolved organic carbon(DOC)이 있을 때 laccase는 DCA를 거의 전환시키지 못 하였으나, HRP는 DCA의 전환율을 크게 증가시켰고, birnessite는 큰 영향을 미치지 않았다. DCA의 전환율은 laccase 단독으로 있을 때 보다 birnessite와 공존할 경우 약 5배 가량 증가된 반면, HRP와 birnessite가 공존할 경우에는 증가되지 않았다.

• 한국지하수토양환경학회:학술대회논문집
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• 한국지하수토양환경학회 2005년도 총회 및 춘계학술발표회
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• pp.49-52
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• 2005

In this study, abiotic transformation of 1-naphthol via oxidative-coupling reaction was evaluated using Mn oxide which is ubiquitous in natural soils. The transformation of 1-naphthol catalyzed by synthetic birnessite $({\delta}-MnO_2)$ followed pseudo-lst order reaction, and the rate constants was in the range of $0.053{\sim}0.13\;min^{-1}$ with birnessite loadings of $12.5{\sim}50\;mg/20\;mL$. Since the oxidation of 1-naphthol was occurred on the reactive surface of the oxide particles, the rate constants with various birnessite loadings were correlated with birnessite surface area concentration. The correlation showed a strong linearity, which confirms the supposition of the surface reaction. From the correlation, therefore, the surface area normalized rate constant, $k_{surf}$, was determined to be 0.032 $L/m^2\;min$.

• 자원환경지질
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• 제50권6호
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• pp.545-554
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• 2017

버네사이트(birnessite)는 토양 및 심해저 환경에서 가장 흔히 발견되는 주요 망간수산화물 및 망간산화물(Mn(oxyhydr)oxides, 이하 망간산화물로 통칭) 중 하나로 일반적으로 나노 크기의 작은 입자로 구성되어 있으며 결정도가 매우 낮은 특징을 보인다. 특히 버네사이트는 구조 내 결함(structural defects)과 비어있는 양이온 자리(cation vacancies), 다양한 비율로 혼합된 구조 내 망간 산화수(mixed valences of structural Mn)의 특징에 따라 자연환경에서 다양한 생/지화학적 반응에 높은 반응성을 가지고 참여하는 것으로 알려져 있다. 이와 같이 다양한 생/지화학적 반응을 통해 버네사이트 주변에 존재하는 무기 및 유기물질의 자연 환경적 거동에 중요한 영향을 미칠 뿐 아니라 버네사이트의 상변화 반응이 수반되어 물리 화학적 특성이 전혀 다른 새로운 망간산화물이 형성된다. 본 리뷰 논문에서는 기존 선행 연구결과들을 바탕으로 버네사이트의 상변화 반응을 통해 형성되는 다양한 망간산화물들을 조사하고 반응에 영향을 미치는 다양한 지화학적 반응인자들을 검토하였다. 기존 선행연구 결과에 따르면 버네사이트의 상변화 반응은 용존 Mn(II) 및 용존 산소의 유무, 용액의 pH 조건, 그리고 함께 존재하는 양이온(i.e., $Mg^{2+}$)에 영향을 받는 것으로 사료되며, 다양한 반응인자들이 복합적으로 관여하는 버네사이트의 상변화 반응 경로에 대해서는 여전히 이해되지 않은 부분이 많은 것으로 확인되었다. 따라서, 앞으로 다양한 망간산화물들의 형성과 상변화 반응에 대한 보다 다양하고 심층적인 연구가 수행되어야 할 것이다.

• 대한환경공학회지
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• 제32권6호
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• pp.547-554
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• 2010

본 연구에서는 나노구조의 새로운 망간산화물 입자(즉, 블랙-버네사이트)를 합성하여 물질특성 및 1,4-naphthoquinone (1,4-NPQ)을 대상으로 반응매개체 존재 하에서의 산화-변환반응 효율을 조사하였고, 그 결과를 기존의 McKenzie 방법으로 얻은 망간산화물(즉, 브라운-버네사이트)의 결과와 비교 분석하였다. XRD 분석 결과 합성한 망간산화물 입자의 결정상은 버네사이트(${\delta}-MnO_2$)임을 확인하였으며, SEM 측정결과 입자표면은 섬유상의 구조에 의한 나노크기의 미세기공을 가진 볼모양(ball-like)의 형태를 보였다. 배치실험 결과, 나노구조의 망간산화물에 의한 1,4-NPQ 제거는 유사-1차 반응을 따랐으며 기존 망간산화물과 비교해 BET 비표면적 값이 작음(41.05 vs 19.80 $m^2/g$)에도 불구하고 약 2.3배의 높은 속도 상수값을 보였다. 이러한 결과는 블랙-버네사이트에서의 상대적으로 높은 결정성과 나노구조의 표면 특성에 기인한 것으로 해석되며, 블랙-버네사이트 입자가 퀴논화합물에 대하여 상대적으로 높은 반응성을 보임을 알 수 있다. 반응산물에 대한 HPLC 크로마토그램 분석 결과로부터 블랙 버네사이트 입자에 의한 1,4-NPQ의 제거는 반응 매개체인 catechol 존재 하에서의 상호-결합반응을 통한 중합체 생성을 통해 제거됨을 확인하였다.