잔탄 생체고분자

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 11666(2023) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

본 연구에서는 X선 회절(XRD)을 사용하여 카올리나이트 직물에 잔탄검 생체고분자(XG)가 미치는 영향과 이에 따른 카올리나이트 토양의 압축 거동 및 전단 저항성의 변화를 평가했습니다. XRD 피크 분석에서는 XG가 카올리나이트 직물을 대면 결합으로 변경한 것으로 나타났습니다. 더욱이, 환경 주사 전자 현미경은 카올리나이트 입자들 사이에 XG-브리지가 형성되어 직물의 변화를 가져오고 결과적으로 외력에 대한 카올리나이트의 저항성을 향상시키는 것을 보여주었습니다. 결과적으로 XG 함량이 증가함에 따라 최대 건조밀도는 감소하고 비배수 전단강도는 증가하였다. 점성 XG 하이드로겔은 최적의 수분 함량을 높이고 전단력에 대한 저항성을 높였습니다. 이 연구에서는 XG가 카올리나이트 직물을 변경하고(XG 대 카올리나이트 질량 비율의 최대 0.5%) 기공 유체(XG 대 카올리나이트 질량 비율의 0.5%를 초과하는 과잉 XG)를 흡수함으로써 카올리나이트의 기계적 특성에 영향을 미친다는 것을 보여주었습니다. ).

전세계적인 이산화탄소(CO2) 배출과 지구 온난화의 증가로 인해 해수면 상승, 폭염, 강우 불균형 등 재앙적인 기후 변화가 발생했습니다1,2,3. 기후변화에 대한 우려를 완화하기 위해 지반공학자들은 토양개량재로 사용되는 일반 포틀랜드 시멘트(OPC)를 대체할 친환경 소재를 개발하기 위한 다양한 연구를 진행해 왔습니다4. OPC는 생산 1톤당 1톤의 CO2 배출로 인위적 CO2 배출량의 5%~7%를 차지합니다5,6.

생물체의 대사과정을 통해 생성된 외배양 바이오폴리머를 토양개량에 활용하는 바이오폴리머 기반 토양처리(BPST)는 친환경적인 토양개량 기술로 접목하기 위해 광범위하게 연구되어 왔다7,8,9. 생체고분자는 공극-유체 점도와 입자 상호작용을 증가시켜 토양 입자에 영향을 미칩니다10. 바이오폴리머와 토양의 상호 작용을 기반으로 바이오폴리머는 토양 일관성11, 응고12, 토양 강도13,14,15,16,17,18, 표면 침식19,20,21,22 및 수력 전도도 제어23,24를 향상시키는 능력을 보여주었습니다. 25,26.

점토의 맥락에서, 생체고분자의 존재는 점토 입자 표면과 직접적인 이온 결합을 유도하여 점토 직물의 변형과 토양 입자의 기하학적 배열을 초래할 수 있습니다. 예를 들어, Mahamaya et al.28은 잔탄검(XG), 구아검, 셀룰로오스 바이오폴리머가 비산회와 광산 광미에 미치는 영향을 조사했습니다. 이 연구는 토양과 긴 사슬의 바이오폴리머 끈 사이의 상호 작용으로 인한 형태학적 변화로 인한 지수 특성, 압축 강도 및 물 침식 저항의 개선을 보여주었습니다. 마찬가지로, Hamza et al.29는 XG에 의해 유도된 점토 응집이 강도, 압밀, 수력 전도도 및 동결-융해 내구성과 같은 토양의 지질공학적 매개변수를 향상시킨다는 것을 발견했습니다. Kang et al.30은 카올리나이트와 플라이애시의 침강 특성에 대한 다양한 바이오폴리머의 영향을 비교하여 양이온성 바이오폴리머가 가교 및 전하 중화를 통해 카올리나이트의 직물 변화를 유도하여 침강 속도를 증가시킨다는 것을 밝혔습니다. 주사전자현미경(SEM)과 에너지분산 X선 분광법(EDS)을 포함한 현미경 기술은 바이오폴리머와 점토 사이의 상호작용을 조사하기 위한 이전 연구에서 널리 활용되어 왔습니다. 그러나 전자현미경 기술은 시료 준비의 어려움과 제한된 표면 관찰31을 포함하여 실질적인 한계가 있으며, 이는 벌크 점토 재료의 직물에 대한 바이오폴리머의 영향에 대한 포괄적인 이해를 방해합니다.

이러한 지식 격차를 해소하기 위해 이 연구는 X선 회절(XRD) 기술과 기계적 특성의 변화를 사용하여 XG 바이오폴리머 처리된 카올리나이트 직물을 조사하고 분석하는 것을 목표로 합니다. XRD 기술은 30-50 μm32,33의 깊이를 조사할 수 있는 기능으로 인해 벌크 점토의 구조를 분석하는 데 광범위하게 활용됩니다. 다양한 유기 고분자 중에서 XG는 다양한 응용 분야에서 폭넓게 사용되어 지질 공학적 특성을 향상시키는 유망한 결과와 점성 하이드로겔 및 유사가소성 형성과 같은 고유한 유변학적 특성으로 인해 이 연구에서 선택되었습니다. 행동39,40. 이러한 특성으로 인해 XG는 카올리나이트 점토의 직물 및 기계적 특성에 미치는 영향을 조사하는 데 적합한 후보입니다. 연구 목표를 달성하기 위해 몇 가지 실험 방법이 사용되었습니다. X-선 피크와 진폭을 비교하여 점토의 구조를 결정하기 위해 XG 처리된 카올리나이트의 XRD 패턴을 얻었습니다. SEM과 환경 SEM(ESEM)을 통합하여 이 작업은 건조하고 습한 상태에서 XG 처리된 카올리나이트 직물을 시각적으로 검사했습니다. 시각적 관찰을 바탕으로 XG 처리된 카올리나이트의 압축 거동과 su를 분석하여 XG가 카올리나이트의 기본 특성에 미치는 영향을 분석했습니다.