바이오차 표면 특성이 라카아제 고정화에 미치는 영향과 메틸렌블루 제거

이은주1,3*, 이재원1,2,3

(1전남대학교 임산조경학과, 2전남대학교 임산공학과, 3전남대학교 IT-Bio 융합시스템전공)

Effects of Biochar Surface Properties on Laccase Immobilization and Removal of Methylene Blue

Eun-Ju Lee1,3*, Jae-Won LEE1,2,3

(1Department of Wood Science and Landscape Architecture, Chonnam National University,

2Department of Wood science and Engineering, Chonnam National University

3Interdisciplinary Program in IT- Bio Convergence System, Chonnam National University)

요약: 라카아제(Laccase)는 구리를 함유한 산화효소로서 산업폐수 처리, 염료 탈색, 리그닌 제거 등 다양한 분야에서 활용되는 대표적인 산업 효소이다. 그러나 라카아제는 pH, 온도, 이온강도 등의 변화에 대해 안정성이 낮고 회수 및 재사용의 어려움이 있어 이러한 문제를 해결하기 위해서는 라카아제 고정화가 필요하다. 라카아제 고정화를 통해 효소의 안정성이 향상되며, 재사용이 가능하여 비용을 절감할 수 있다. 바이오차는 넓은 비표면적, 풍부한 작용기, 무독성 등의 장점을 가지고 있어 라카아제 고정화 소재로 적합하다. 바이오차는 탄화온도에 따라 물리, 화학적 특성이 다르며 이는 라카아제 고정화에 영향 준다. 본 연구에서는 탄화온도에 따라 바이오차를 제조하여 라카아제 고정화에 미치는 영향을 평가하였다. 최적의 라카아제 고정화 바이오차를 이용하여 메틸렌블루 제거 성능을 분석하였다. BET 분석 결과, 유칼립투스 바이오차의 질소 흡탈착 등온선은 히스테리시스 루프(H4)를 포함하는 Type Ⅰ의 형태를 나타냈으며 이는 바이오차에 미세공극이 분포되어 있음을 의미한다. 바이오차의 비표면적은 탄화 온도가 증가함에 따라 감소하였다.

Abstract: Laccase is a copper-containing oxidative enzyme that is widely used in various industrial applications, including industrial wastewater treatment, dye decolorization, and lignin removal. However, laccase has problems such as low stability under varying pH, temperature, and ionic strength conditions, as well as difficulties in recovery and reuse. To overcome these problems, laccase immobilization is necessary. Laccase immobilization can enhance enzyme stability and enable reuse thereby reducing costs. Biochar is suitable as support material for laccase immobilization due to its high specitic surface area, abundant functional groups, and non-toxic properties. The physicochemical properties of biochar, vary according to the carbonization temperature, and affect laccase immobilization. In this study, biochar was prepared at different carbonization temperature, and its effect on laccase immobilization was evaluated. Methylene blue was removed using an optimized laccase-immobilized biochar. BET analysis revealed that the nitrogen adsorption–desorption isotherms of eucalyptus biochars exhibited a Type I with an H4 hysteresis loop, indicating the predominance of microporous structures in biochar. The specific surface area of the biochar decreased with increasing carbonization temperature.

사사: 본 연구성과는 2025년도 정부(교육부)의 재원으로 한국연구재단의 지원을 받아 수행된 기초연구사업임(과제 번호 : RS-2025-25411631)