Crystallinity and Chemical Reactivity of Bimessite(δ-MnO₂) Influenced by Iron

철에 의한 버네사이트의 결정도 및 화학적 활성의 변화

Manganese (Mn) oxides in soils have been a research subject since they react with nutrients and contaminants and Mn itself is an essential element for plant growth. Birnessite was synthesized in the presence of iron (Fe) in the precipitating solution. Influence of Fe, one of common elements in soils, on crytallinity, morphology, and chemical reactivity of birnessite was examined using X-ray diffraction (XRD), electron microscope, canon exchange capacity (CEC), and chromium (Cr) oxidation capacity. With increasing Fe concentration in the precipitating solution, crystallinity and crystal size decreased. Hexagonal plates of the birnessites formed at low Fe concentration were dominant and replaced more and more by aggregate of small particles with increasing the Fe concentration. There is no significant change in CEC with changing the Fe concentration. Chromium oxidation capacity of the birnessite increased with increasing the Fe concentration. Iron in the precipitating solution poisoned crystal growth by adsorption on the surface and increased nucleation. Since Fe is a common constituent under pedogenic environment and Fe and Mn oxides often coexist in Mn oxide nodules, the birnessite with small particle, low crystallinity, and high chemical reactivity is the form which is more likely to be formed in soils. The high CEC ($140cmol_ckg^{-1}$) and oxidation capacity of birnessite indicate that birnessite can be used in environment and agriculture.

산화망간이 영양소물질과 오염물질과의 반응 및 망간이 식물의 필수 미량원소 등으로 인해 토양학에서 산화망간은 중요한 연구의 대상이 되어왔다. 토양 내에서 가장 흔한 산화망간 광물중의 하나인 버네사이트를 철의 존재 하에서 합성하였다. 토양 내에서 흔한 원소의 하나인 철이 버네사이트의 결정도, 형태 및 화학적 활성에 미치는 영향을 X-선회절, 전지현미경, 양이온 교환능력 및 크롬 산화력을 이용하여 연구하였다. 침전용액내의 철의 함량이 증가할수록 버네사이트의 결정도와 입자의 크기는 감소하였다. 침전된 버네사이트는 낮은 철의 농도에서 육각 판상형이 우세하였으나 농도가 증가 할 수록 미세입자로된 입단이 증가하였다. 그리고 크롬 산화능력은 철의 농도가 증가함에 따라 증가하였다. 양이온 치환능력은 철의 농도와 상관관계가 없었다. 침전용액속의 철은 버네사이트의 결정핵의 형성을 증가시켰고 표면흡착에 의해 결정의 성장을 방해하였다. 철은 토양 망간단과 내에서 산화철과 산화망간의 공존으로 미루어 보아 토양내의 버네사이트의 작은 입자, 낮은 결정도 및 높은 화학적 활성에 기여한 것으로 사료된다. 본 연구에서 입증된 버네사이트의 높은 양이온 교환 능력과 산화력은 버네사이트를 환경과 농업에 활용 가능성이 있음을 제시해준다.