The reductive degradation of explosives (2,4,6-trinitrotoluene (TNT) and hexahydro-1,3,5-trinitro-1,3,5-
triazine (Royal Demolition Explosive, RDX)) can be enhanced by iron bearing soil minerals (IBSMs)
reduced by Shewanella putrefaciens CN32 (CN32). Among five different IBSMs (green rust, magnetite,
lepidocrocite, hematite, and goethite), the highest degradation kinetic rate constant of TNT and RDX
was obtained from magnetite (0.0039 h-1) and lepidocrocite (0.1811 h-1), respectively. The rate
constants for each soil mineral were closely related to production of biogenic Fe(II) during the
degradation of TNT and RDX, indicating that Fe(II) reduced by CN32 was the key factor controlling
the enhanced degradation of explosives in this study. The experimental results showed that bio-reduced
IBSMs by CN32 can significantly enhance the degradation kinetics of explosives.
Experiments were also conducted for degradation of RDX by lepidocrocite and CN32 in the presence
of electron transfer mediator (i.e., riboflavin). No significant degradation of RDX was observed by
CN32 and lepidocrocite with CN32 in the absence of riboflavin, while 60 and 100 % of RDX was
degraded by CN32 and lepidocrocite with CN32 in the presence of riboflavin. The biogenic Fe(II)
reduced from lepidocrocite by CN32 acted as a catalyst to rapidly transfer electron to riboflavin during
the RDX degradation. RDX was continuously degraded by mixture of shooting range soil and
lepidocrocite in the presence of riboflavin and CN32 during three reaction cycles, while the degradation
kinetic was significantly inhibited by CN32 only at second cycle. The experimental results showed that
riboflavin can rapidly transfer the electron to RDX due to the catalytic role of biogenic Fe(II).
Keywords: 2,4,6-trinitrotoluene (TNT), hexahydro-1,3,5-trinitro-1,3,5-triazine (RDX), Shewanella
putrefaciens CN32, riboflavin, iron bearing soil minerals (IBSMs)
화약물질 (2,4,6-trinitrotoluene (TNT) and hexahydro-1,3,5-trinitro-1,3,5-triazine (Royal Demolition Explosive, RDX))의 환원적 분해는 shewanella putrefaciens CN32로 환원된 철 함유 토양광물 (Iron Bearing Soil Minerals, IBSMs)에 의해 향상될 수 있다. 다섯가지 토양광물 (green rust, magnetite, lepidocrocite, hematite, and goethite) 중에서 TNT와 RDX 분해에 가장 높은 분해 반응속도 상수를 나타낸 것은 magnetite (0.0039 h-1)와 lepidocrocite (0.1811 h-1)이었다. 이 연구에서 각각의 토양광물의 TNT, RDX 분해반응 속도 상수가 생물학적으로 생성된 Fe(II)의 농도와 밀접하게 관련되었던 것은 CN32 에 의해 환원된 Fe(II)가 향상된 화약물질 분해에 결정적 역할을 한 것을 나타낸다. 이 실험결과는 생물학적으로 환원된 철함유 토양광물이 화약물질 분해반응에 현저히 향상된 분해반응을 보이는 것을 나타내어 주고 있다.
또한 전자전달체인 Riboflavin의 존재하에 RDX를 lepidocrocite와 CN32로 분해하는 실험이 진행되었다. Riboflavin이 없을 때는 CN32와 CN32로 환원된 lepidocrocite에 의해 어떠한 RDX 분해반응도 관찰되지 않은 반면 riboflavin이 존재했던 CN32와 CN32로 환원된 lepidocrocite가 들어있던 반응조에서는 각각 60%와 100%의 RDX 분해반응이 관찰되었다. RDX 분해반응간 CN32에 의해 환원된 lepidocrocite에서 발생한 생물학적인 Fe(II)가 촉매 역할을 하며 riboflavin으로 전자를 빠르게 전달하였다. RDX를 riboflavin의 존재하에 사격장 토양과 lepidocrocite에 riboflavin과 CN32를 추가하여 세번의 반응 싸이클을 통하여 지속적으로 분해를 시켰지만, CN32만 있었을 때에는 두번째 반응 싸이클간 분해반응 속도가 현저히 감소하였다. 이 실험결과는 riboflavin이 촉매적인 역할을 하는 생물학적인 Fe(II)를 통한 RDX 분해 반응시 전자를 빠르게 전달하는 것을 나타내고 있다.
