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Department of Environmental Science and Engineering Gwangju Institute of Science and Technology 1 Oryong-dong, Buk-gu, Gwangju 500-712, Korea. Tel. 062-715-2576 l Fax. 062-715-2434 l Homepage. erl.gist.ac.kr

2010/3 VOL.10

광주과학기술원 환경복원 연구실


안녕하세요. 환경복원 연구실입니다. 벌써 발행한지 5년이라는 긴 시간이 흘렀습니다. 그 동안 연구실에 있었던 많은 일들이 주마등처럼 스쳐 지나갑니다. 5년 동안 많은 관심과 응원을 보내주신 여러분께 깊은 감사 드립니다. 이번 News letter에서는 지난 11월에 열린 UNU-GIST 세미나 및 본 연구실에 관련한 연구 자료 및 정보를 공유하고자 합니다. 봄의 상쾌한 날씨처럼 하고자 하시는 일이 경쾌하게 진행되셨으면 좋겠습니다. 그 동안 많은 사랑 보내주셔서 감사합니다. 앞으로 계속 정진하는 환경복원연구실이 되도록 열심히 노력하겠습니다.

02 03 인사말

04 UNU-GIST Joint Programme symposium

08 국내•외 학술대회 참가내용

09 학회참여후기

10 논문실적

발행인 최희철 (hcchoi@gist.ac.kr), 편집인 임훈철 (skyhunc@gist.ac.kr)

05 UNU-GIST Joint Programme symposium 참가 후기 12 NRL프로젝트를 마감하며

13 연구실 소식

06 해외 학회 발표


• symposium • symposium 후기 • 해외 학회 발표 1 • 해외학회 발표 2 • 국내·외 학술대회 참가내용

UNU-GIST Joint Programme symposium The 7th UNU & GIST special session: Environmental Nanotechnology for water treatment

• symposium • symposium 후기 • 해외 학회 발표 1 • 해외학회 발표 2

UNU-GIST Joint Programme symposium 참가후기

• 국내·외 학술대회 참가내용

• 학회 참여 후기

• 학회 참여 후기

• 논문 게재 1

• 논문 게재 1

• 논문 게재 2

• 논문 게재 2

• NRL 프로젝트를 마감하며

• NRL 프로젝트를 마감하며

지난 11월 4일~6일까지 광주과학기술원 오룡관에서는 IERC(International Environmental

눈부신 햇살이 창밖에 비추고, 맑은 하늘은 제가 서 있는 이곳이 얼마나 저의 꿈을 펼치기에 아름

Research Center)주관으로 UNU-GIST Joint Programme symposium이 열렸습니다.

다운 곳인가를 느낄 수 있게 해주었습니다. 이번에 개최된 UNU-GIST의 세미나에서 나노물질 세

이번 symposium에서 환경복원연구실은 ‘Environmental Nanotechnology for water

션은 제가 그 동안 배우고 연구하던 나노물질에 관한 깊은 이해를 도모하는데 많은 기여를 하였고

treatment’란 session에 special session으로 참가하였습니다.

특히 세계의 나노물질의 전문가 및 석학들에 의한 최신 연구동향에 관한 분석 및 설명은 제가 몸담

이번 special session에서는 환경분야에 나노입자를 이용하여 수처리하는 내용을 주제를

고 있는 환경복원연구실의 연구에 대한 저의 자부심을 드높여주었습니다. 특히 제가 연구를 진행

바탕으로 진행되었습니다. 나노입자의 Applications and Implications 부분에 대해 많은

하는 나노물질의 거동 및 사멸에 관한 연구에 대한 세미나 주제의 중요성과 저의 연구가 얼마나 가

정보를 공유하는 시간이 마련되었습니다. 앞으로도 이런 세미나가 많이 생겨 광주과학기술원

치 있고 의미를 가질 수 있는지를 깨닫게 해주어서 뜻 깊고 소중한 시간이었습니다. 그래서 좀더 질

학생들과 랩원들에게 좋은 기회가 있었으면 하는 바램입니다.

높은 연구를 진행하고자 하는 강한 욕구와 의지를 다졌고 저에게 이러한 연구의 기회 및 조언을 해

04

주신 교수님에 대한 감사의 마음을 다시 한번 확인할 수 있는 자리였습니다. 앞으로도 이러한 세 계의 다양하고 뛰어난 세계의 석학과의 공동 심포지엄 및 세미나 등의 많은 기회가 주어졌으면 하 임훈철 l 광주과학기술원 환경공학과, skyhunc@gist.ac.kr

는 바램입니다.

05 이정협 l 광주과학기술원 환경공학과 석사과정


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06

American Chemical Society National Meeting and Exposition, Aug. 16-20, Washington, DC, USA, 2009

• symposium • symposium 후기 • 해외 학회 발표 1

Aging study on the structure of Fe0-nanoparticles stabilized using inert gases: Characterization and reactivity

• 해외학회 발표 2 • 국내·외 학술대회 참가내용 • 학회 참여 후기 • 논문 게재 1 • 논문 게재 2 • NRL 프로젝트를 마감하며

American Chemical Society National Meeting and Exposition, Aug. 16-20, Washington, DC, USA, 2009

Aqueous ethanol modified nanoscale zero-valent iron in bromate reduction: Synthesis, characterization, and reactivity

Qiliang Wang and Heechul Choi

Qiliang Wang, Shane A. Snyder and Heechul Choi

Inert gases, including argon, nitrogen, and carbon dioxide, were utilized to

Nanoscale zerovalent iron (NZVI) was evaluated for the reduction of bromate

stabilize synthesized Fe0-nanoparticles after lyophilization to prevent self-

which is a highly persistent and carcinogenic oxyhalid formed as an ozonation

ignition. In addition, aging effect was investigated for these stabilized Fe -

by-product during oxidative disinfection in drinking water treatment. Solid-

nanoparticles both in humid and dry conditions. Particles’ shapes, sizes, and

phase NZVI with different surface areas was controllably synthesized

structures were characterized for these fresh and aged Fe0-nanoparticles

using a liquid phase reduction. Transmission electron microscopy (TEM),

using X-ray diffraction (XRD), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS),

X-ray diffraction (XRD), and a Brunauer-Emmett-Teller (BET) surface area

Brunauer-Emmett-Teller (BET) surface area and porosity analyzer,

and porosity analyzer were utilized to characterize particle size, surface

transmission electronic microscopy (TEM), and energy dispersive X-ray

morphology, surface area, and corrosion layers formed onto NZVI before

spectroscopy (EDX). Even though aged Fe -nanoparticles were opened to the

and after the reduction of bromate. Surface area of synthesized NZVI was

atmosphere, the Fe0 content in these aged Fe0-nanoparticles did not change

found to be influenced strongly by ethanol contents during synthesis with

significantly, which was proved by XRD and EDX analysis. Reactivity of fresh

a maximum surface area of 67.51±0.35 m2/g in a 90% aqueous ethanol;

Fe0-nanoparticles stabilized using inert gases for bromate reduction is more

additionally, capsule structures of NZVI with amorphous phase, in which

than 99.5% after 20 min, which is much higher than micro-sized ZVI. However,

tens of particles with diameters of 2¨C5 nm were packed into an iron oxide/

for the aged Fe -nanoparticles, the reactivity decreased as aging time

hydroxide layer, were also synthesized using 100% ethanol as a solvent.

increasing; additionally, the reactivity of Fe0-nanoparticles stored in a humid

Subsequent XRD and TEM results revealed that in a 20 min bromate reduction

condition decreased much more than that of Fe -nanoparticles stored in a dry

NZVI mostly converted to Fe2O3 and Fe3O4 corrosion products mixed with

condition. The observed results revealed that recovery and recrystallization

iron hydroxides. Compared to bromate reduction using micro-sized ZVI in

happened in the aged Fe0-nanoparticles at room temperature instead of a

a pseudo-first-order kinetic model, NZVI enhanced the reduction efficiency

well-known theory that recrystallization and annealing happen at a high

following a second-order kinetic model, with observed second-order rate

temperature.

constants (kobs) of 2.57Å10-4 to 2.19Å10-3 µg-1 min-1L. Humic acid was found

0

0

0

0

to be the most influencing factor to decrease NZVI reactivity in bromate reduction. However, the effects of sonication pretreatment showed that the bromate reduction efficiency could be enhanced by increasing the actual reactive surface area. Our results suggest that application of NZVI is a viable process for bromate reduction in water treatment.


Name of Co-Author

Name of Conference

Aging study on the structure

Qiliang Wang

238 ACS

• 학회 참여 후기

of Fe0-nanoparticles

and

National

• 학회 참여 후기

• 논문 게재 1

stabilized using inert gases:

Heechul Choi

Meeting

• 논문 게재 1

• symposium

Title

• symposium 후기

Date

• symposium 후기

• 해외 학회 발표 1 • 해외학회 발표 2 • 국내·외 학술대회 참가내용

• 논문 게재 2 • NRL 프로젝트를 마감하며

08

• symposium • 해외 학회 발표 1

th

Aug. 16-20

• 논문 게재 2

Characterization and reactivity

• NRL 프로젝트를 마감하며

Aqueous ethanol modified

Qiliang Wang,

238th ACS

nanoscale zero-valent iron in

Shane A.

National

bromate reduction: Synthesis,

Snyder and

Meeting

characterization, and reactivity

Heechul Choi

Stability study of pristine

이정협,

and surface modified muilt-

Qiliang Wang,

walled carbon nanotube in the

최희철

대한환경공학회

Aug. 16-20

Qiliang Wang (Ph.D. student, Environmental Remediation Lab, GIST)

Nov. 05-06

National Meeting in Washington DC, because ACS meeting is one of the top 8000 papers accepted. Additionally, I believe it was my great opportunity to visit United States and gave research presentations in front of international

박호식, 최희철

대한환경공학회

Nov. 05-06

산화공정의 접목을 통해 처리된 자연유기

experts and professors. In the break period I also can take some time to explore this nation’s capital. In case of this opportunity I really want to appreciate my advisor Prof. Dr. Heechul Choi for his supporting and helping.

화합물의 특성분석

Removal of natural organic

It’s my honor and fortune to attend 238th American Chemical Society (ACS) technical meetings in the world, and every meeting there are more than

aqueous phase 산화철 나노입자가 부착된 무기막과 고급

• 해외학회 발표 2 • 국내·외 학술대회 참가내용

238th American Chemical Society National Meeting and Exposition, Washington, DC, USA, 16-20, August, 2009 AMERICAN

In this ACS meeting, I gave two oral presentations: 1) Aqueous ethanol modified 김요한, 최희철

대한환경공학회

Nov. 05-06

nanoscale zerovalent iron in bromate reduction: synthesis, characterization,

matter (NOM) using iron oxide

and reactivity; and 2) Aging study on the structure of Fe0-nanoparticles

nanoparticle impragnated

stabilized using inert gases: characterization and reactivity. Later these two

mesoporous carbon

researches were published in ES&T and JPCC, respectively. I believe these two presentations were quite interesting for the audience, because for every

수중 전해질, 유기물질의 영향에 따른

강효경, 최희철

대한환경공학회

Nov. 05-06

presentation there were 3-4 questions. In addition, I found what I did in Korea was also frontier for Americans. Moreover, I also learned lots of knowledge

나노산화철의 형상과 안정성

by attending different oral presentation and poster presentation sessions. Study on the trasport of FeO-

Qiliang Wang,

nanoparticles in porous media

이정협, 최희철

대한환경공학회

Nov. 05-06

During discussion with many presenters I found there were many research fields I did not know, and much research technology I need to learn. Five days meeting is short, however, the influence from this meeting on me is long,

영산강 지역에서의 모델링을 통한

Nov. 05-06

임훈철, 최희철

대한환경공학회

김요한, 최희철

대한상하수도공학회, Nov. 18-19

하상여과적용 및 수평집수관의 효율성 평가 메조공극 카본 및 고급산화공정을

환경물환경학회

이용한 자연유기물질 제거 다공성매체(마이크로모델)내에서 산화아연의 이동 및 거동성 연구

이정협, 왕치량

대한상하수도공학회, Nov. 18-19 환경물환경학회

which encouraged me to exploit in my research area.


• symposium • symposium 후기 • 해외 학회 발표 1 • 해외학회 발표 2 • 국내·외 학술대회 참가내용 • 학회 참여 후기

Water Research, Vol. 44(4), 1193-1201, 2009

• symposium

Biofilm morphology as related to the porous media clogging

• 해외 학회 발표 1

• 논문 게재 1

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• 논문 게재 2

• 논문 게재 2

• NRL 프로젝트를 마감하며

• NRL 프로젝트를 마감하며

10

Journal of Hazardous Materials, Vol. 168(2-3), 602-608, 2009

Adsorptive removal of selected pharmaceuticals by mesoporous silica SBA-15

Jung-Woo Kim, Heechul Choi, Yakov A. Pachepskya

Tung Xuan Bui and Heechul Choi

Aquifer recharge for the wastewater reuse has been considered and studied

The removal of five selected pharmaceuticals, viz., carbamazepine, clofibric

as a promising process to cope with the worldwide water scarcity. Soil

acid, diclofenac, ibuprofen, and ketoprofen was examined by batch sorption

clogging by an excessive growth of bacteria is often accompanied with the

experiments onto a synthesized mesoporous silica SBA-15. SBA-15 was

aquifer recharge. In this study, biofilm morphology and hydraulic conductivity

synthesized and characterized by X-ray diffraction (XRD), transmission electron

were concurrently characterized at two flow rates and two levels of substrate

microscopy (TEM), N2 adsorption–desorption measurement, and point of zero

concentrations. The experiments were conducted using a biofilm flow cell

charge (PZC) measurement. Pharmaceutical adsorption kinetics was rapid

that was filled with glass beads. The biofilm images taken by confocal laser

and occurred on a scale of minutes, following a pseudo-second-order rate

scanning microscopy (CLSM) were quantified by textural, areal, and fractal

expression. Adsorption isotherms were best fitted by the Freundlich isotherm

parameters. Hydraulic conductivity was monitored during the experiments.

model. High removal rates of individual pharmaceuticals were achieved

The flow velocity influenced the superficial morphology of biofilms and initial

in acidic media (pH 3–5) and reached 85.2% for carbamazepine, 88.3% for

clogging time, while the substrate concentration affected biofilm density

diclofenac, 93.0% for ibuprofen, 94.3% for ketoprofen, and 49.0% for clofibric

and clogging rate. Three different clogging mechanisms were suggested

acid at pH 3 but decreased with increase in pH. SBA-15 also showed high

depending on the flow rate and substrate concentration: (1) clogging at a

efficiency for removal of a mixture of 5 pharmaceuticals. Except for clofibric

high flow rate can be accelerated by entrapped and accumulated biofilms,

acid (35.6%), the removal of pharmaceuticals in the mixture ranged from

and can be easily eliminated by high shear force, (2) clogging at a low flow

75.2 to 89.3%. Based on adsorption and desorption results, the mechanism

rate can be delayed for the time

of the selected pharmaceuticals was found to be a hydrophilic interaction,

of local biofilm growths in the

providing valuable information for further studies to design materials for the

narrow pore necks, but the

purpose. The results of

biofilm is rigid enough not to

this study suggest that

be sloughed, and (3) clogging in

mesoporous-silica-

a solution with high substrate

based materials are

concentrations cannot be easily

promising adsorbents

eliminated

for removing

because

of

the

growth of dense biofilms. The

pharmaceuticals from

depicted biological clogging

not only surface water

mechanisms will play a role

but also wastewater of

in supporting studies about

pharmaceutical industrial

aquifer.

manufactures.

Representative gray-scale confocal laser scanning microscopy (CLSM) images of biofilms


• symposium • symposium 후기 • 해외 학회 발표 1

NRL 프로젝트를 마감하며

연구실 소식

• 해외학회 발표 2 • 국내·외 학술대회 참가내용

최희철 교수님께서 2009년 9월 1일부로 광주과학기술원 대회협력실장에 임명되셨습니다.

• 학회 참여 후기 • 논문 게재 1 • 논문 게재 2

본 연구실 임훈철 박사과정 학생이 지난 11월 광주에서 열린 추계 대한환경공학회에서

• NRL 프로젝트를 마감하며

우수포스터상을 수상하였습니다. 발표주제는‘하상여과에서 바이오필름에 의한 공극매질 막힘현상에 관한 연구’였습니다. 축하합니다.

11월 4일~6일 UNU-GIST Joint Programme symposium에서 Environmental Nanotechnology for water treatment이란 주제로 지난 2005년부터 환경복원연구실에서 진행되고있는 국가지정연구실사업인‘반응성 환경나노

환경복원연구실이 special session을 주관하였습니다.

입자 수처리 응용기술’ 에 대한 마지막 5차년도 연구성과 발표회가 지난 2010년 1월 30일 대전 아드리아 호텔에서 교수님, 졸업생 및 재학생들이 참석한 가운데 열렸습니다. 오후 3시부터 시작된

지난 2009년 12월에 본 연구실 박사과정 박호식 학생과 본 연구실 졸업생인

행사에서는 지난 5년간 환경복원연구실에서 해왔던 연구성과 등을 발표하면서 그동안의 결실에

Sushil Raj Kanel이 교수님과 함께 고생하여 만든 ‘Chapter 8 “Arsenic Removal by

대해 다함께 자축하였습니다. 연구성과 발표회에서 교수님은 “세월이 흘러 국가지정연구실사업을

Nano-scale Zero Valent Iron and how it is Affected by Natural Organic

시작한지 엊그제 같은데 어느덧 마지막 연차 보고를 하게되었습니다. 힘든 연구에 많은 노력을

Matter”’이 ACS(American Chemical Society에서 출간 되었습니다.

기해준 여러분께 감사의 뜻을 전한다.”라는 기념사를 남기셨습니다. 그동안 다방면으로 신경써주신

그 동안 고생 많이 하셨습니다.

교수님과 실험실의 기반을 잘 닦아준 환경복원연구실 졸업생 및 선배님들의 기반을 바탕으로 열심히 연구에 정진중인 재학생 모두 고생 많으셨습니다.

연구성과 (2005년 4월 ~ 2010년 3월) 논문: SCI 29편

(Most Accessed Paper in ES&T (2005) : ES&T, 39, 1291, Sited in Science (Vol 314, 2006) : ES&T, 39, 1291) 학술대회 국외 39건, 국내 26건 (총 65편)

임훈철 학생은 본원 박사과정에 진학하였고, 김영애 학생은 좋은 미래를 위해 열심히 취업준비 중에 있습니다. 앞으로 이루고자 하는 모든 일들이 다 잘 되었으면 좋겠습니다. 지난 8월 7~8일 양일간, 환경복원연구실 11주년을 기념하기 위하여 교수님, 교수님 가족분, 환경복원연구실 랩원들이 경남 산청에서 Workshop을 가졌습니다.

7일 오후에 산청에 도착하여 각자 연구하는 분야에 대한 발표 및 토론을 늦은 저녁까지 진행하였 습니다. 다음날 8일에는 레프팅, 서바이벌, 등산을 즐기며 연구에 대한 고뇌를 잠시나마 잊을 수 있었습니다.

13

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본 연구실 임훈철, 김영애 학생이 지난 8월 석사과정을 무사히 마쳤습니다.


10erl 1분기소식지최종