Applied Chemis며，

Vol. 12, No.2, November 2008, 337-340

고도싼화공정을 이용한 항생제 분해

깊댄효· 최동규 · 이연주 · 유숭호*

한국원자력연구원 방사선공업 · 환경연구부

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Tae-Hun Kim . Dongkyu Choi

Myunjoo Lee . Seungho Yu·

Radiation Research Division for Industry & Environment ,Korea Atomic Energy Research Institute

Abstract

Among the different treatment processes, advanced oxidation processes have been drawing

attention for decomposition of antibiotics in water and wastewater. The purpose of this

study was to investigate and compare the degradation and mineralization of

sulfamethoxazole and chlortetracycline by advanced oxidation processes such as ozone, UV,and gamma ray. Based on a 50% degradation efficiency, sulfamethoxazole (30 mg!L)

required 25 min, 5 min, and 0.6 kGy, and chlorteσacyc1ine (30 rngι) required 90 min, 5

min, and 0.3 kGy for ozone, UV, and gamma ray, respectively, indicating gamma ray is the

most effective process for the degradation of antibiotics among the three advanced

oxida디on processes.

1. 서 론

최근 다른 화합물은 점점 규제가 강화되고 있으나， 유독 의학에 사용되는 화합물은 급속도

로 증가되고 있다. 언구 증가 빛 의학의 발전은 항생제 사용의 증가로 바로 연결되어 지며 우리

나라 축·수산물의 항생제 사용 수준은 우리나라 보다 축산물 생산량이 24배나 많은 미국의 항생제

사용량이 우리나라보다 3.8배 정도 수준에 그쳐 우리나라가 항생제 사용이 세계 최고 수준임이

드러났다1) 이러한 항생제의 남용은 결국 우리가 마시는 지표수 및 지하수에서 발견되어지고 있

고， 현재의 일반적인 수처리 공정으로는 항생제와 같은 난분해성 물질을 처리하는데 쉽지 않는

것으로 발표가 되어 지고 있다. 따라서 기존의 처리 방법으로는 항생제를 분해시키기 어려워， 오

존 및 오존과 과산화수소에 의한 화학적 산화 2) , 나노펼터 및 역삼투압을 이용한 membrane 필터

방법3) ， 활성탄카본에 의한 흡착 4) 둥 다양한 고도산화공정에 의한 항생제 분해 연구가 최근 들어

진행되어 지고 있다. 이 연구의 목적은 촉·수산에서 가장 많이 사용되어는 지는 테트라사이클린

계열중 Chlortetracycline과 인간 및 가축에 사용되어지는 설파계열중 Sulfamethoxazole의 항생

제들올 고도산화공정들인 오존， UV 및 감마선을 각각 이용하여 원물질의 분해 및 무기화 연구를

수행하였다.

2. 실 험

본 연구에서 사용한 항생제 sulfamethoxazole(SMX) 과 chlortetracycline(CTET)의 화학적 구

조식은 Fig 1과 같으며， 두 항생제는 Sigma-Aldrich 제품을 구입하였고 순도는 99%이상의 시

약올 사용하였다. 오존 실험장치는 오존 발생기C1ab2b， Ozonia. France) , 유리로 제작한 직경 11

337

338 김태훈·최동규·이연주·유승호

cm, 높이 15 cm의 원통형 오존 접촉조로 구성하였으며， 오존발생을 위한 주입가스로 순산소(순

도 99.9% 이상)를 사용하였다. 오존발생기에서 발생하는 기체상 오존 농도 측정은 요오드 흡수법

(KI Absorption method)5)을 이용하여 측정하였다. UV lamp(Philips TUV G6T5 , 6W)는 1.0L

용량의 반응기 가운데에 석영관을 설치하여 조사하였고， UV intensity 와 투과거리를 측정하기 위

해 Iodometric 방법6)에 의하여 실험을 하였다. 감마선 조사는 고준위 60CO source (MDS

Nordion. Canada)를 이용하여 상온(20"C)에서 수행하였으며， 이 때 60CO source 의 방사능은

1.47 X 1017 Bq (397949 CD이었다. 감마선 조사에 사용한 시료는 50mL conical tube에 준비된

시료를 완전히 채운 후 실험에 사용하였으며， 흡수선량은 0.1. 0.2. 0 .4, 0.6. 0.8 , 1. 2. 5. 10,

20 kGy (1 kGy = 1 kJ/kg)로 각각 달리하여 조사하였다. 항생제의 농도 분석은 Agilent 1200

Series HPLC (Agilent Technologies , Santa Clara. CA, USA)를 이용하여 측정하였고， 총유기탄

소(TOC)는 TOC-VCSN(Shimadzu Co. , Japan)으로 분석하였다.

H 2 N

。H 。 。H OH

(a) sulfamethoxazole (b) chlortetracycline

Fig 1. Chemical structure of sulfamethoxazole and chlortetracycline.

3. 결과및토론

3.1 항생제의 분해

SMX 와 CTET의 농도는 인위적으로 증류수에 30mg/L 농도로 제조하여 실험올 수행하였다.

Fig 2.에서 보는 바와 같이 SMX의 항생제를 50%제거하는데， UV는 5분， 오존은 1.19 03

mg/min 양으로 주입하였을 때 약 25분의 시간이 소요되었으며， 감마선은 O.6kGy 흡수선량이 필

요하였다. CTET의 항생제를 50% 제거하는데 Fig 3.에서 보는 바와 같이. UV는 90분， 오존은

약 5분의 시간이 소요되었으며， 감마선은 0.3kGy 흡수선량이 필요하였다. SMX나 CTET의 분해

에서 감마선올 조사하였올 경우 1kGy 이내에서 모두 분해가 되었으나. UV는 SMX의 분해에는

탁월하고 CTET의 분해에는 필요한 시간이 많이 소요되었고， 오존은 SMX의 분해에 더 많은 시

간이 필요함올 알 수 있었다. 따라서 UV 나 오존 공정은 항생제 종류에 따라 분해 효율의 변화가

있으나， 감마선은 항생제의 종류에 따른 분해효율의 변화를 덜 받는 것으로 판단되어 진다.

웅용화학， 제 12 권 제 2 호， 2뼈

고도산화공정을 이용한 항생제 분해 339

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Fig 2. Degradation of sulfamethoxazole with ozone , UV and gamma ray

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Fig 3. Degradation of chlortetracycline with ozone , UV and gamma ray

3.2 항생제의 무기화

Fig 4.는 SMX 와 CTET에 감마선과 UV를 조사 하였을 경우에 TOC의 변화를 보여 주고

있다. 감마선을 20kGy까지 조사하였을 경우에， SMX는 33% 그리고 CTET는 27% 까지 TOC가

감소되어 지는 것올 알 수 있었다. 그러나 UV를 120분간 조사하였을 경우에도 SMX 및 CTET의

TOC 변화가 없었다. 감마선의 경우에는 물이 이온화 되면서 발생되는 OH라디컬에 의해 두 항생

제가 무기화되어 지고. UV의 직접적인 광에너지는 두 항생제의 TOC의 분해에 큰 영향을 미치지

못하는 것으로 판단되어 진다.

Applied Chemistry, Vol. 12, No.2, 2008

340

24.0

김태훈·최동규·이연주·유승호

30.0

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(a) gamma ray (b) UV

Fig 4. Changes of TOC with gamma ray and UV

4. 결 론

본 연구는 고도산화공정 중 오존， UV 및 감마선을 이용하여 SMX 와 CTET 두 항생제의 분

해 및 무기화를 수행하였다. SMX나 CTET의 분해에서 감마선은 lkGy 이내에서 모두 분해가 되

었으나， UV는 SMX의 분해에는 탁월하나 CTET의 분해에는 필요한 시간이 많이 소요되었고，

Ozone은 SMX의 분해에 더 많은 시간이 필요함올 알 수 있었다. 항생제 분해에서 UV 및 오존은

항생제의 종류에 따라 분해울이 달라지고， 감마선은 항생제의 종류의 영향을 받지 않음올 알 수

있었다.

감사의글

본 연구는 교육과학기술부 연구비 지원으로 수행되었으며， 이에 감사드립니다.

참고문헌

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