Phytoextraction using citric acid for enhanced removal of uranium from soil

한이경; 박수민; 이민희

doi:10.14770/jgsk.2014.50.4.501

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자료유형: 학술저널

저자정보: 한이경 (부경대학교) 박수민 (부경대학교) 이민희 (부경대학교)

저널정보: 대한지질학회 지질학회지 지질학회지 제50권 제4호

발행연도: 2014.8

수록면: 501 - 515 (15page)

DOI: 10.14770/jgsk.2014.50.4.501

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국내 대표 재배 식물과 구연산(citric acid)을 이용한 식물추출법(phytoextraction)의 효과를 정량적으로 검증하기 위하여, 우라늄 함량이 높은 것으로 보고된 옥천대 흑색 셰일층과 점판암이 기반암인 금산군 추부지역과 괴산군 덕평지역의 토양을 사용하여 식물추출법 실험을 수행하였다. 본 연구에서는 우라늄 제거효과에 대한 선행 연구가 거의 없고 성장속도가 빠른 식물 중에서 국내에서 흔히 재배되는 상추(lettuce: Lactuca sativa L.), 배추(Chinese cabbage: Brassica campestris L.), 고구마(sweet potato: Ipomoea batatas L.), 무(radish: Raphanus sativus L.) 등 총 4종을 사용하였다. 오염토양 3.3 kg을 채운 식물재배 포트(30 cm × 10 cm × 11 cm)에 각 식물들을 식재한 후, 식물 성장기(온도 25℃, 습도 70%, 조도 4000 Lux (16 시간/일), CO2 농도 600 ppm 유지)에서 49일 동안 재배하였으며, 재배시간별로 채취한 잎과 뿌리의 우라늄 농도를 분석하여 식물추출법에 의한 우라늄 제거량과 제거효율을 계산하였다. 구연산(citric acid)를 첨가하지 않은 식물추출법 실험결과 식물체에서 우라늄은 대부분이 뿌리에 농축되었고, 잎으로의 전이량은 매우 낮았다. 특히 네 종류 식물 중 상추 뿌리가 우라늄 농축 농도(덕평토양: 404.48 ㎍/kg)뿐 아니라 제거량도 가장 높았고(덕평토양: 1179.47 ㎍), 그 다음은 배추, 고구마, 무 순이었다. 실험 결과, 식물체에 농축되는 우라늄 양은 토양 내 용출 가능한 우라늄량(특히 교환성/탄산염형태로 존재하는 우라늄량)에 비례하는 것으로 나타났다. 토양으로부터 식물로의 우라늄 흡수율을 높이기 위하여 첨가제로 25 mM과 50 mM 구연산용액을 식물 수확 6일 전에 각각 300 ml씩 주입하여 식물추출법 실험을 수행한 결과, 50 mM 구연산용액을 첨가한 경우 구연산용액을 첨가하지 않은 경우보다 식물 우라늄 농도는 잎은 최소 10배에서 최대 50배, 뿌리는 최소 3배에서 최대 10배까지 증가하여, 우라늄 흡수율을 높이기 위한 첨가제로 50 mM 구연산용액을 사용하는 것이 매우 효과적인 것으로 나타났다. 구연산용액을 첨가하지 않은 식물추출법의 경우, 초기 우라늄 농도가 높은 덕평토양 내 교환성/탄산염결합 형태로 존재하는 우라늄량의 14%를 제거할 수 있었으나, 50 mM 구연산용액을 첨가한 경우 토양 내 교환성/탄산염결합 형태로 존재하는 우라늄량을 100% 제거할 수 있었다. 이러한 결과는 구연산용액의 첨가가 토양에 존재하는 우라늄의 용해도를 증가시켜 용존 우라늄이 구연산의 카르복실기와 결합하여 식물로 쉽게 이동하고, 식물체의 생물활성도를 증가시켜 식물체 내 우라늄 전이량을 증가시키기 때문으로 판단된다.

The objective of this research is to investigate the uranium (U) removal efficiencies of the phytoextraction with the addition of citric acid as a reagent for the naturally uranium contaminated soil. Four different plants such as lettuce (Lactuca sativa L.), Chinese cabbage (Brassica campestris L.), sweet potato (Ipomoea batatas L.), and radish (Raphanus sativus L.) were cultivated for 49 days in a phytotron using plastic pots (30 cm × 10 cm × 11 cm) containing 3.3 kg of U contaminated soil. As a chelating agent, 300 ml of 25 mM (or 50 mM) citric acid solution was added into the soils. Leaves and roots of the plant were collected after 49 days of cultivation and their uranium concentrations were analyzed using an ICP/MS to calculate the removal efficiency (%) and the removal amount (㎍) per each plant. When the citric acid solution was not used, U concentrations in roots and leaves of lettuce were 404.48 ㎍/kg and 3.45 ㎍/kg for Duckpyeong soil (initial U concentration: 28.85 mg/kg), indicating that the most of uranium extracted from the soil were accumulated in roots. Among the four plants used in this study, the lettuce roots showed the highest U concentration, and the roots of chinese cabbage, sweet potato and radish in order. With 50 mM citric acid solution, U concentration of leaves and roots increased by 10~50 times and 3~10 times, compared to those without citric acid solution, suggesting that the use of 50 mM citric acid solution as a chelating agent is very effective in enhancing the U removal from the soil. Only 14% of U in exchangeable/carbonate fractions were removed by the phytoextraction when the citric acid was not used. But nearly 100% of U were removed when 50 mM citric acid solution was added to the soil. Results suggested that the addition of citric acid to the soil can increase the solubility of U attached on the carboxyl group of citric acid in soil water and thus accelerate the biological activity of the plant, following the increase of U transition capacity into the plant.

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참고문헌 (49)

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3. [단행본] - Bennett, F.A / 1998 / Fertilization of hyperaccumulators to enhance their potential for phytoremediation and phytomining, Plants that Hyperaccumulate Heavy Metals / CABI Publishin : 249 ~ 259

4. [단행본] - Brooks, R.R / 1998 / Plants that Hyperaccumulate Heavy Metals / CAB International : 1 ~ 14

5. [학술지(정기간행물)] - Chang, P / 2005 / Uranium accumulation of crop plants enhanced by citric acid / Environmental Geochemistry and Health 27 : 529 ~ 538

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한이경

소속기관 부경대학교

주요연구분야 자연과학 > 지구과학 > 지질학

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박수민

소속기관 부경대학교

주요연구분야 자연과학 > 지구과학 > 지질학

논문수 10 이용수 795

이민희

소속기관 서울물연구원

주요연구분야 자연과학 > 지구과학 > 지질학 자연과학 > 지구과학 > 대기과학

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