1. Introduction
N-(1,3-dimethylbutyl)-N′-phenyl-p-phenylenediamine (6PPD)는 1960년대부터 자동차 타이어, 고무호스,
벨트 등 고무의 굴곡 균열, 열적 열화, 및 오존 균열을 방지하기 위한 항오존 및 항산화 물질로 0.4%-2% 범위의 농도로 배합되는 첨가제로 사용되어
왔다(Cao et al., 2022;
Ihenetu et al., 2024;
Jin et al., 2023;
Kazmi et al., 2024;
Liu et al., 2024). 6PPD는 차량의 가속, 제동, 및 선회 과정에서 발생되는 타이어 및 마모물질(tire and road particles, TRWPs)로 인해
환경 내로 방출되고 있으며, 이후 오존 산화반응으로 위해성이 큰 N-(1,3-dimethylbutyl)-N′-phenyl-p-phenylenediamine-quinone(6PPD-Q)이
생성된다(Di et al., 2022;
Ihenetu et al., 2024;
Seiwert et al., 2022;
Shi et al., 2024). 특히, 6PPD-Q는 미국 시애틀 지역 담수 하천에서 산란을 앞둔 코호 연어(coho salmon)의 급성 대량 폐사를 유발하는 독성물질로 규명되었고,
“도시 유출수 폐사 신드롬(urban runoff mortality syndrome)”의 신종유기오염물질로 주목받기 시작되었다(Tian et al., 2021). 게다가, 전 세계 타이어는 연간 23억개 이상이 생산되고 있으며, TRWPs은 미국에서 연간 약 112만 톤, 유럽연합은 약 132만 톤, 중국은
매년 약 20만 톤이 배출되고 있어, 이로 인한 6PPD-Q의 환경적 우려가 커지고 있는 실정이다(Ihenetu et al., 2024;
Seiwert et al., 2022). 따라서 현재 6PPD-Q의 환경 내 거동과 잔류성, 노출경로, 생태계 및 인체 건강 위해성 및 독성평가 연구가 다양한 분야에서 확대되고 있다.
최근 연구에 따르면, 6PPD-Q는 전구체인 6PPD보다 환경 내에서 좀더 안정적이며 잔류성이 높은 경향이 있는 것으로 알려졌고(Chang et al., 2024), 도로 유출수(∼19,000 ng/L, Tian et al., 2021)와 수처리시설의 방류수(∼446.5 ng/L, Johannessen and Metcalfe, 2022), 뿐만 아니라 수생 매체인 융설수(∼3,300 ng/L, Maurer et al., 2023), 하천(∼2,800 ng/L, Johannessen, Helm et al., 2022) 및 지하수(∼2.8 ng/L, Zhang, Huang et al., 2023)에서도 고농도로 검출되고 있는 것으로 조사되었다. 수생환경에서 6PPD-Q의 잔류는, 조류, 동물플랑크톤, 어류 등을 포함하는 수생 먹이망 내 다양한
생물에 생물농축 가능성과 상위 영양단계의 생물종에게 간접 독성까지 일으키는 것으로 조사되었다(Johannessen, Helm et al., 2022;
Maurer et al., 2023;
Tian et al., 2021).
그러나 6PPD-Q는 다양한 수환경 매체에서 광범위하게 검출되고 잠재적 독성이 보고되고 있으나, 발생원-변환-분포-노출-영향을 포괄하는 통합적 정리와
평가가 아직 충분하지 않다. 특히 6PPD-Q의 편재성과 위해 가능성을 고려할 때, 환경 내 거동을 체계적으로 이해하고 효과적인 관리⋅저감 전략을
수립하기 위해서는 6PPD-Q의 발생원(source), 변환(transformation) 및 독성(toxicity) 특성, 그리고 환경 매체별 분포,
제거방안에 대한 종합적 근거의 구축이 요구된다(Fig. 1).
따라서 본 연구에서는 i) 6PPD-Q의 생성, 이동 및 잔류 메커니즘을 검토하고, ii) 환경 중 6PPD-Q의 발생원과 수생 매체에서의 전지구적
검출 농도를 파악하고, iii) 수생생물, 식물, 포유류 및 인체에 대한 생물학적 영향을 제시하고자 한다. 마지막으로 iv) 후속 환경 모니터링,
위해성 평가(risk assessment), 위해 관리(risk management) 전략 수립에 활용될 수 있는 과학적 근거를 종합적으로 고찰하고자
한다.
Fig. 1. Transformation of 6PPD and 6PPD-Q in Various Environmental Compartments. The
primary sources of 6PPD and 6PPD-Q in the environment are tire and road wear particles.
In the atmosphere, 6PPD undergoes a reaction with ozone to form 6PPD-Q under conditions
such as light and high temperature. In the pedosphere, the transformation of 6PPD-Q
primarily occurs through heterogeneous iron reduction by microorganisms. In the hydrosphere,
6PPD reacts with ozone under ultraviolet light. The widespread distribution of these
compounds in the environment results in their ingestion by plants and animals, posing
a threat to humans at the top of the food chain (Jiang et al., 2024).
2. Environmental Formation Mechanisms of 6PPD-Q from 6PPD
오존화(ozonation)는 6PPD가 6PPD-Q로 전환되는 과정에서 가장 우세한 비생물학적 전환 경로 중 하나이다. 6PPD는 고무의 열화 방지를
위한 항산화제이자 항오존제로 사용되는 화합물이기에 전자공여성이 크고, 오존과 같은 산화성 물질에 대해 높은 반응성을 나타낸다. 이에 따라 6PPD는
오존과의 산화반응을 통해 6PPD-Q로 전환될 수 있으며, 관련 반응은 quinone diamine intermediate (QDI), intermediate
phenol 및 semiquinone radical 경로를 통해 진행될 수 있다(Fig. 2)(Somepalli and Andaluri, 2025). 첫째, QDI 경로는 6PPD의 오존화에 의해 6PPD-Q가 형성되는 가장 대표적인 경로이다. 6PPD는 먼저 오존과 반응하여 N-(4-(1,3-dimethylbutyl)imino)-2,5-cyclohexadiene-1-ylidene
구조의 benzoquinone imine 중간체(6PPDQI)를 형성하게 된다(Datta et al., 2007;
Klöckner et al., 2021). 6PPDQI는 반응성이 매우 높은 불안정한 중간체로서, 수계와 대기 조건 모두에서 모화합물인 6PPD와 평형 상태를 이루며 존재하게 된다(Seiwert et al., 2022). 이후 6PPDQI는 추가적인 오존 반응을 통해 수산화 중간체(hydroxylated intermediate)인 6PPDQI-OH로 전환되며, 이어지는
최종 산화 단계를 거쳐 6PPD-Q를 생성하게 된다(Hiki and Yamamoto, 2022). 둘째, Intermediate phenol 경로는 6PPD가 직접 quinone imine 중간체를 형성하기보다 phenolic intermediate를
거쳐 6PPD-Q로 전환되는 과정이다(Hua and Wang, 2023;
Johannessen, Liggio et al., 2022;
Klöckner et al., 2021;
Seiwert et al., 2022). 이 산화반응경로는 6PPD의 방향족 고리 또는 아민 인접 부위에서 부분적 수산화(hydroxylation) 또는 페놀성 중간체의 형성이 선행되고,
이후 후속 산화 및 구조 재배열을 통해 quinone 구조가 형성되는 과정으로 볼 수 있다. 즉, QDI 경로가 benzoquinone imine형
반응성 중간체를 핵심 전구체로 하는 반면, intermediate phenol 경로는 페놀성 산화 중간체(phenolic oxidized intermediates)의
형성과 전환을 기반한 경로로 볼 수 있다. 셋째, semiquinone radical 경로는 자유라디칼을 기반으로 하는 산화 전환 과정이다. 이 과정에서
6PPD는 오존 또는 기타 산화제와 반응하여 semiquinone형 라디칼(semiquinone-type radicals)이 생성되고, 또한 hydroperoxyl
radical(HO2⋅) 및 superoxide radical(O2⋅−)과 같은 반응성 산소종(reactive oxygen species, ROS)이 동반 생성된다(Tentscher et al., 2018). 생성된 라디칼들은 후속 산화반응으로 인해 최종적으로 6PPD-Q이 생성된다. 따라서 라디칼 매개 산화반응은 환경 중 6PPD 전환을 조절하는 핵심인자로
작용 되어진다(Rossomme et al., 2023). 또한 6PPD의 오존화 과정에서 6PPD-Q만이 단일한 전환산물로 생성되는 것은 아니며, 다양한 2차 전환생성물이 동시에 형성될 수 있다. 현재까지
확인된 6PPD 유래 전환생성물은 최소 32종 이상으로 보고되어 있으며, 이 중 radical cation species(6PPD+⋅)는 추가적인 산화와 분해 과정을 거쳐 다양한 benzoquinone 유도체로 전환될 수 있다(Seiwert et al., 2022).
광산화(photooxidation) 또는 자외선 유도 광분해 반응에 의해 6PPD가 광자를 흡수하여 들뜬 상태인 6PPD*로 전환되고, 이후 O2와 반응하여 과산화성 수산화 중간체인 6PPD-OOH 및 반응성 hydroxyl radical(HO⋅)이 생성된다. 이들 중간체는 연속적인 산화,
수산화, 방향족 고리 절단 및 구조 재배열 과정을 거쳐 안정한 quinone 구조의 6PPD-Q를 형성할 수 있다(Fig. 3). 또한 aniline(P94), 4-aminodiphenylamine(4-ADPA), 4-hydroxydiphenylamine(4-HDPA)과
같은 분해 부산물도 함께 생성될 수 있다. 따라서 자연광 또는 UV에 노출되는 환경에서 광산화 과정은 6PPD-Q 형성에 실질적으로 기여할 수 있는
주요 전환 경로 중 하나로 해석된다.
토양 환경에서 6PPD의 산화과정(soil oxidation)는 라디칼 기반 산화와 표면매개 redox reaction에 의해 6PPD-Q로 전환될
수 있다. 특히 semiquinone radicals 발생 경로에서 semiquinone-type radicals, HO2⋅, O2⋅− 의 생성과 축적은, 단순한 화학적 산화가 아니라 자유라디칼 연쇄반응에 의해 매개되는 토양-특이적 quinone화 과정으로 다단계 산화와 불완전 중간체
축적에 의한 것으로 볼 수 있다. 이러한 반응과 거동은 토양 환경 요인인 유기물 흡착, 미생물 군집 구조, 그리고 redox condition에 크게
좌우될 수 있다. 특히 호기성 토양에서는 산화적 전환이 촉진되며, 혐기성 영역에서는 전환이 느려지거나 대체적인 환원 경로를 따르게 된다. 따라서,
토양환경에서 6PPD의 산화과정은 모든 토양 환경에서 동일하게 작동한다기보다, 산소 가용성, redox potential, 표면 촉매성, 토양 유기물
및 광물 조성에 의존적으로 반응하게 될 것이다.
또한, 생물학적 분해 과정(microbial degradation)을 통해 6PPD는 6PPD-Q로 전환된다. 특히, 호기성 조건에서 미생물 효소와
reactive oxygen species가 6PPD를 6PPD-OH*와 같은 hydroxylated derivative로 전환시키고, 이 생성물이
추가 분해를 거쳐 6PPD-Q로 변환된다. 이와 같은 단계는 효소를 매개로 한 산화 과정으로 수산화-quinone형성의 연속 반응형태이다. 일반적으로
미생물 분해가 무독성화 과정으로 보기 쉽지만, 6PPD-Q로의 전환 과정은 오히려 독성학적으로 문제가 되는 6PPD-Q의 생성을 유도하는 과정일 수
있다. 혐기성 조건에서 미생물에 의한 분해는 6PPD가 aminophenol derivatives나 더 단순한 aromatic amines로 변환될
수 있다. 또한 미생물 군집이 6PPD-Q를 hydroxylated 및 amino-phenolic derivatives로 대사할 수 있고, 일부 균주는
hydroxylation, deamination, ring cleavage를 수행할 수 있다.
대기 중의 반응에 의한 전환(airborne transformation)은 6PPD가 대기 중 부유입자, 타이어 마모 분진, 도로 마모 입자 등에
흡착된 상태에서 산화성 대기 성분인 오존, nitrogen oxides(NOx), heterogeneous nitrous acid(HONO)와 반응하여,
6PPD-Q가 생성되고, 그 외 nitrosated 또는 nitrated TPs이 추가로 생성되는 과정이다. 이와 같은 대기 반응과정은 수계로 유입되는
6PPD-Q의 전 단계이며, 흡입 노출로 인한 인체 위해성이 높은 과정이라 볼 수 있다.
Fig. 2. Ozonation and oxidative transformation pathways of 6PPD, showing the formation
of 6PPD-quinone imine (6PPD-QI), hydroxy-6PPD-quinone imine (6PPDQI-OH), phenolic
intermediates, semiquinone radicals, and the final product 6PPD-quinone (6PPD-Q) (Hiki et al., 2021; Hua and Wang, 2023; Johannessen, Liggio et al., 2022; Klöckner et al., 2021; Lo et al., 2023; Li et al., 2024; Seiwert et al., 2022; Somepalli and Andaluri, 2025).
Fig. 3. Transformation mechanism of 6PPD-Q from 6PPD; (A) Photodegradation of 6PPD
generates intermediates like 6PPD-Q and 6PPD-OOH via oxygen reaction and hydroxyl
radicals; (B) Microbial degradation in water converts 6PPD to intermediates and ultimately
to 6PPD-Q, highlighting biodegradation's significance; (C) Soil transformation involves
direct photodegradation and microbial action, with sunlight converting 6PPD to intermediates,
aided by soil microorganisms; (D) Air-driven reactions in the atmosphere produce hydroxyl
radicals and 6PPD-OH, leading to 6PPD-Q formation through UV radiation and gas interactions
(Ihenetu et al., 2025).
3. Stability and persistence of 6PPD/6PPD-Q in the Environment
6PPD와 6PPD-Q의 물리화학적 특성과 반응성은 수계와 토양에서의 체류시간, 상분배, 생물학적 이용가능성, 그리고 장기 위해성에 큰 영향을 미치는
인자이다. 6PPD는 높은 소수성(log Kow 약 4.47-4.84)과 제한된 수용해도를 가지지만, 광화학 및 산화적 조건에서 비교적 빠르게 분해된다.
반면 6PPD-Q는 수용해도와 분배 거동 면에서 다소 차이를 보이면서도 유기물과 생물체에 대한 축적 가능성을 유지하고, 무엇보다 환경 중에서 6PPD보다
더 안정한 화합물로 확인되었다(Somepalli and Andaluri, 2025).
3.1 Fate and transport of 6PPD/6PPD-Q in the aquatic system
수계에서 6PPD는 비교적 반응성이 높은 전구체 화합물로 작용하며, 가수분해에 의해 약 4.8-64시간의 반감기를 나타내는 것으로 보고되었다(Yin et al., 2025). 이러한 결과는 6PPD가 수중 환경에서 장기적으로 축적되기보다는 비교적 짧은 시간 규모에서 화학적 전환 또는 분해를 겪는 경향이 우세함을 시사한다(Somepalli and Andaluri, 2025). 반면, 6PPD-Q는 6PPD의 산화적 전환에 의해 생성되는 보다 안정한 전환산물로, 수중 반감기가 12.8-16.3일에 이르는 것으로 제시되어
원물질보다 현저히 높은 잔류성을 나타낸다(Yin et al., 2025). 또한 Somepalli and Andaluri (2025)는 6PPD-Q가 환경 중에서 6PPD보다 상대적으로 더 안정할 뿐 아니라, 독성과 잔류성 측면에서도 환경학적 중요성이 큰 물질임을 제시하였다. 이러한
점은 6PPD의 환경 중 거동을 평가할 때 원물질의 소실만이 아니라, 보다 안정하고 위해성이 큰 6PPD-Q의 생성과 축적을 함께 고려해야 함을 의미한다.
그러나 6PPD-Q의 안정성은 고정된 특성이 아니라 광조건, 수질 조성, 미생물 군집 구조와 같은 환경인자에 의해 크게 좌우된다. Li et al. (2025)에 따르면, 6PPD-Q는 직접 광분해 조건에서 4시간 이내에 완전 분해될 수 있으며, 자연감쇠 또는 간접 광분해 조건에서도 약 30시간 이내에 소실되는
것으로 보고되었다. 동일 연구에서는 자연감쇠 조건에서의 분해 속도상수와 반감기가 각각 0.27 h-1 및 2.57시간으로 제시되어, 광화학적 반응이 활발한 조건에서는 6PPD-Q의 제거가 빠르게 진행될 수 있음을 보여준다. 반면, 하천수에서의 가수분해
반감기는 12.8-13.2일, 탈염소 수돗물에서는 33시간으로 나타나, 광노출이 제한되거나 반응 매질의 특성이 달라질 경우 분해 속도가 현저히 저하될
수 있음이 확인되었다. 따라서 6PPD-Q는 빛이 충분한 개방 수계에서는 비교적 빠르게 감소할 수 있으나, 광화학적 또는 생물학적 반응이 제한된 수체에서는
수일에서 수주에 걸쳐 잔류할 가능성이 높다(Li et al., 2025).
한편, 6PPD-Q의 수계 잔류성은 단순한 용존상 분해 속도만으로 설명되기 어렵다. 6PPD-Q는 중간 수준의 소수성(moderate hydrophobicity)과
유기물 친화성을 바탕으로 부유입자 및 퇴적물 유기물에 분배될 수 있으며, 특히 저유속⋅고유기물 환경에서는 퇴적물로의 축적이 촉진된다. Yin et al. (2025)은 6PPD-Q가 하구 및 연안 방향으로 이동하는 과정에서 6PPD/6PPD-Q 비가 점차 감소한다고 보고하였으며, 이를 6PPD-Q의 상대적으로
높은 안정성과 수환경 내 지속적인 생성에 기인한 현상으로 해석하였다. 더 나아가, 퇴적물은 6PPD-Q의 장기적 저장소(sink)로 기능할 뿐 아니라,
수리학적 교란이나 재부유(remobilization) 과정이 발생할 경우 다시 수상으로 방출되어 2차 오염원으로 작용할 수 있다. 이는 수체 내 용존상
6PPD-Q 농도가 일시적으로 감소하더라도, 전체 환경계 차원에서는 퇴적물-수체 간 재분배 과정을 통해 잔류성과 생태위해성이 지속될 수 있음을 의미한다.
이러한 결과를 종합하면, 6PPD-Q의 수계 내 잔류성은 단일한 반감기 값으로 설명되기보다는 광노출, 수질 조성, 미생물 활성, 입자상 물질과의 상호작용에
의해 달라지는 조건 의존적 특성으로 이해할 필요가 있다. 빛이 충분히 도달하고 광화학 반응이 활발한 얕은 개방 수계에서는 6PPD-Q가 직접 또는
간접 광분해에 의해 비교적 빠르게 감소할 수 있다. 반면 탁도가 높거나 용존유기물, 부유입자 및 퇴적물이 많은 수계에서는 광투과가 제한되고, 6PPD-Q가
입자상 물질이나 유기물에 흡착⋅분배되면서 실제 분해 속도가 저하될 수 있다. 또한 퇴적물, 도로먼지 및 토양 유기물에 결합된 6PPD-Q는 용존상에
비해 빛과 산화제에 대한 노출이 제한될 수 있어 장기 잔류 가능성이 커질 수 있다. 따라서 수중 용존상 6PPD-Q 농도가 시간에 따라 감소하더라도,
이것이 반드시 환경계 전체에서 6PPD-Q가 완전히 제거되었음을 의미하지는 않는다. 일부는 광분해 또는 생물학적 분해에 의해 실제로 제거될 수 있으나,
다른 일부는 부유입자, 퇴적물 및 토양 유기물에 분배되어 장기적 저장소로 작용할 수 있다. 특히 강우, 유량 증가, 하상 교란 또는 재부유 과정이
발생할 경우, 입자상 또는 퇴적물에 축적된 6PPD-Q가 다시 수상으로 이동하여 2차 오염원으로 작용할 가능성도 있을 것이다.
3.2 Fate and transport of 6PPD/6PPD-Q in the soil system
토양환경에서 6PPD와 6PPD-Q의 거동은 지속적인 유입, 유기물 및 입자상 물질에 대한 우선적 흡착, 제한적인 이동성, 그리고 장기적 잔류의 측면에서
이해될 수 있다. 두 화합물은 모두 높은 토양-유기탄소 분배계수(log Koc>3)를 가지며, 예측 log Kow 값도 각각 5.36과 4.45로
제시되어 토양 유기물 및 입자상 물질에 대한 친화성이 큰 것으로 평가되었다. Table 1은 6PPD-Q가 전구체인 6PPD와 구조적 차이뿐 아니라 이화학적 특성 및 환경 안정성, 광분해에서도 구별되는 물질임에 따라 기술되었다(Kazmi et al., 2024). 이로 인해 6PPD와 6PPD-Q는 자유 용존상으로 이동하기보다 유기물 함량이 높은 표층토양에 우선적으로 흡착⋅분배될 가능성이 크며, 결과적으로
토양 내 축적과 장기 체류가 촉진될 수 있다(Iqbal et al., 2025). 실제로 홍콩의 도로변 토양에서는 6PPD와 6PPD-Q가 각각 309 ng/g 및 234 ng/g로 검출되었는데, 이러한 비교적 높은 농도는 교통량에
기인한 배출이 지속적으로 발생하고 도로 인접 지역 토양으로 유입되면서 표층에 축적될 수 있음을 보여준다(Yin et al., 2025).
반면, 전자폐기물 재활용 지역 토양에서 6PPD-Q 농도가 0.002-4.4 ng/g 수준으로 상대적으로 낮게 보고된 결과는, 토양 내 잔류 수준이
화합물 자체의 분배 특성만으로 결정되지 않고 오염원의 종류, 유입 강도, 토지이용 형태에 따라 크게 달라질 수 있음을 보여준다(Yin et al., 2025). 실제로 토양으로 유입된 타이어 마모입자는 빠르게 제거되지 않은 채 서서히 분해되면서 6PPD와 6PPD-Q를 지속적으로 방출하므로, 토양은 단순한
일회성 수용체라기보다 지속적 유입과 지연 방출이 동시에 일어나는 누적형 저장고로 기능하게 된다(Iqbal et al., 2025). 여기에 유기물 함량이 높은 토양입자에 대한 흡착이 더해지면 6PPD-Q의 자유 용존상 이동은 더욱 제한되며, 그 결과 이동성은 감소하고 토양 내
체류 및 잔류성은 강화되는 것으로 해석된다(Yin et al., 2025).
이와 함께 6PPD의 토양 내 거동은 산화⋅환원 조건에 따라 뚜렷하게 달라지는 것으로 보고되었다. 6PPD는 호기성 토양에서 반감기가 0.7-1.5일로
비교적 짧아 빠르게 소실되지만, 혐기성 토양에서는 약 51.4일까지 잔류할 수 있어 환경 조건에 따라 체류 시간이 크게 증가할 수 있다(Yin et al., 2025). 따라서 건조하고 산소가 풍부한 표층토양에서는 분해가 빠르게 진행되는 반면, 침수되거나 환원성이 우세한 조건에서는 소실이 지연되어 잔류 가능성이
현저히 높아질 수 있다. 더욱이 수분포화 또는 혐기성 토양에서는 microbial iron reduction과 reactive oxygen species
(ROS)의 생성이 6PPD의 6PPD-Q 전환을 최대 3.8배까지 촉진하는 것으로 보고되어, 토양이 단순한 저장 매체에 그치지 않고 전환 반응이
지속적으로 일어나는 반응성 매질로 작용할 수 있음이 제시되었다(Iqbal et al., 2025).
한편 6PPD-Q는 6PPD보다 더 안정한 잔류종으로 평가된다. 6PPD-Q의 미생물 매개 반감기는 호기성 토양에서도 13.5-14.2일로 보고되어,
동일 조건에서의 6PPD보다 현저히 긴 잔류성을 나타낸다(Yin et al., 2025). 이러한 차이는 6PPD-Q가 6PPD보다 상대적으로 더 안정한 화합물이며, 강한 유기물 흡착성과 낮은 분해성으로 인해 토양에 더 오래 잔류할 수
있음을 뒷받침한다(Iqbal et al., 2025;
Somepalli and Andaluri, 2025). 결국 6PPD는 환경 조건에 따라 빠르게 소실되거나 6PPD-Q로 전환될 수 있는 전구물질로 작용하는 반면, 6PPD-Q는 일단 생성되면 토양
내에 보다 안정적으로 축적되는 경향을 보이며, 이러한 장기 잔류 특성은 토양 미생물 군집과 영양염 순환에 영향을 미쳐 단순한 농도 증가를 넘어 생태학적
기능 저하로 이어질 가능성이 있는 것으로 제시되었다(Iqbal et al., 2025).
Table 1. Summary of key physicochemical properties of 6PPD-Q and 6PPD
|
Property
|
6PPD-Q
|
6PPD
|
Ref.
|
|
Molecular structure
|
|
|
|
|
CAS number
|
2754428-18-5
|
793-24-8
|
N/A
|
|
Chemical formula
|
C18H22N2O2
|
C18H24N2
|
N/A
|
|
Molecular weight
|
298.39 g/mol
|
264.40 g/mol
|
N/A
|
|
Physical appearance
|
Solid (from dark red/deep yellow red/dark orange to black)
|
Solid (brown or violet)
|
N/A
|
|
Water solubility
|
38±10 µg/L
|
500-2,000 µg/L at 50°C
|
[1], [2]
|
|
Melting point
|
66.0°C
|
49.2°C
|
[3]
|
|
Boiling point
|
341°C
|
163-165°C
|
[3]
|
|
Vapor pressure
|
2.11×10−5 Pa at 25°C
|
3.35×10−6 Pa at 25°C
|
[3]
|
|
pKa
|
9.14
|
6.7
|
[3]
|
|
Log KOW
|
4.3±0.02
|
4.68
|
[1], [4]
|
|
Log KOC
|
3.93
|
4.84
|
[5], [2]
|
|
Log KOA
|
-7.99 to 15.32
|
-5.26
|
[6]
|
|
Atmosphere half-life
|
12.8∼16.3 d
|
<day (0.64-2.65 h)
|
[7]
|
|
Photodegradation
|
Rapid (t1/2-2.57 h)
|
Moderate, forms 6PPD-Q
|
[8]
|
|
Environmental stability
|
Stable than 6PPD
|
Less stable
|
[9]
|
|
Toxicity
|
Highly species specific, especially to some salmonids
|
Moderate
|
[10]
|
4. Distribution and concentration of 6PPD/6PPD-Q in aquatic systems
6PPD와 6PPD-Q는 타이어 및 도로 마모입자에서 유래한 후 강우, 융설, 도시 배수체계 및 하⋅폐수처리 과정을 통해 다양한 수환경 매체로 이동할
수 있다. 특히 6PPD-Q는 전구체인 6PPD의 산화 전환산물로서 도로유출수, 우수, 하천수, 지하수, 퇴적물 및 하⋅폐수처리장 관련 매체에서 반복적으로
검출되고 있으며, 검출 농도는 오염원과의 거리, 강우사상, 유역의 토지이용, 배수 조건 및 매체 특성에 따라 차이를 보인다. Table 2는 국가별 다양한 환경매체에서 보고된 6PPD와 6PPD-Q의 검출 농도를 정리한 모니터링 자료로, 6PPD-Q가 특정 지역이나 단일 매체에 국한되지
않고 여러 국가의 수환경에서 광범위하게 확인되고 있음을 보여준다. 특히 우수와 도로유출수에서 상대적으로 높은 농도가 보고된 사례는 6PPD-Q가 강우
및 도시 유출과 밀접하게 연계된 사건기반 오염물질(event-driven contaminant)임을 시사한다. 본 장에서는 이러한 수환경 내 검출
특성과 이동 경로를 고려하여 6PPD와 6PPD-Q의 분포를 세 가지 주요 매체 및 유입경로로 구분하여 고찰하였다.
4.1 Surface runoff
6PPD-Q는 타이어 마모 입자 및 도로 환경에서 생성⋅축적된 후, 강우(또는 융설) 사건에 의해 지표 유출수(surface runoff) 형태로
수계로 유입되는 경향이 뚜렷하다. 특히 도로유출수(road runoff)와 우수(stormwater), 그리고 이를 수용하는 도시하천/유역하천은 6PPD-Q의
“발생원-수송-노출” 연쇄를 설명하는 핵심 매체로 보고되어 왔다(Table 2).
미국에서는 6PPD-Q와 전구물질 6PPD은 도시 강우 유출수 및 도로 영향 하천에서 높은 검출 빈도와 농도로 조사되었고, 이로 인한 수생생물 위해성에
큰 영향을 미치는 것으로 보고되고 있다. Tian et al. (2021)은 도시유출 사망증후군(urban runoff mortality syndrome, URMS)과 연계된 독성원인물질 규명과정에서 6PPD-Q의 존재와
독성학적 중요성을 제시하였다. 시애틀 지역 도시 유출수에서 6PPD-Q가 800-19,000 ng/L 수준으로 검출되었으며, URMS 영향 유역의
수용 하천에서는 강우 시 <300-3,200 ng/L 범위까지 검출되었다. 또한 Zhao et al. (2023)은 Burien, Washington 지역에서 강우기간 동안 도로 유출수에서 6PPD-Q는 75 ng/L 및 140 ng/L, 그리고 도로 영향 소하천(roadway-affected
creek) 표층수에서 99 ng/L 및 90 ng/L로 반복적 강우 사건에 따른 수계 노출 가능성을 보여주었다. 이러한 농도 범위는 Tian et al. (2021)의 연구에서 보고된 고농도 도로유출 사례(µg/L 수준)보다는 낮지만, 민감 수생생물 독성역치 기준에서는 무시하기 어려운 수준이며, 특히 반복되는
강우 사건 노출 관점에서는 더욱 의미가 클 것으로 예상된다. Lane et al. (2024)의 연구에서는 2018-2024년 동안 미국 내 다양한 토지이용 유형(도시, 농업, 산림, 교외 등) 주변의 지표유출수, 지하수, 우수에서 6PPD-Q와
전구물질인 6PPD의 검출 농도를 분석하였다. 그 결과 6PPD는 526개 시료에서 불검출이었으나, PPD-Q의 농도 범위는 0.002-0.29 µg/L였고,
우수에서 57% (N=90), 도시영향 수계에서 45%(N=276)의 빈도로 검출되었다. 이중 강우기간 동안 유출되는 지표 유출수에서는 최고 농도로
검출되어 6PPD-Q가 “도시 유출 사건 중심 오염물질”임을 재확인하는 결과를 보여주었다. 한편, Black et al. (2025)은 캘리포니아 Sacramento-San Joaquin Delta(2018-2024년 아카이브 시료 61개)에서 6PPD-Q가 최대 21 ng/L까지
검출되었고, 모든 검출이 강우 중 또는 강우 직후 조건이 도시 유출 영향 지역의 6PPD-Q의 검출 가능성을 높이는 핵심요인임을 제시하였다.
캐나다에서의 6PPD-Q의 연구는 한랭기후 조건과 도시 유역 특성을 반영하여, 우수 및 융설수와 강우 시 도시 유역 하천을 중심으로 결과가 도출되었다.
Challis et al. (2021)은 캐나다 사스캐처원주 Saskatoon의 한랭기후 도시 유출수를 대상으로 타이어 고무 유래 오염물질을 조사하여, 6PPD-Q가 강우 유출수에서 86-1,400
ng/L 범위로 검출되고 검출빈도는 57%를 나타냈다. 또한 융설수에서도 6PPD-Q가 반복적으로 검출됨을 제시하여, 캐나다 내륙 한랭 도시에서는
강우뿐 아니라 해빙기 유출 역시 6PPD-Q의 주요 수계 유입 경로가 될 수 있음을 보여주었다. Johannessen, Helm et al. (2022)은 강우 또는 급격한 융설 시기에 온타리오주 광역 토론토권(Greater Toronto Area)의 도시 유역 하천인 Don River와 Highland
Creek를 대상으로 6PPD-Q를 분석하였다. 그 결과, wet-weather 조건의 3시간 기준으로 6PPD-Q는 Highland Creek에서
최대 82 ng/L, Don River에서 최대 44 ng/L까지 검출되었으며, 강우 시 질량 부하는 각각 34 g 및 416 g으로 나타났다(Helm et al., 2024). 이는 강우 사건이 도시 하천 내 6PPD-Q 농도 증가뿐 아니라 실질적인 질량 전달을 유발할 수 있음을 정량적으로 보여주는 결과이다. 또한 Don
River 사례에서는 강우사건 중 농도 피크가 강우 시작 직후가 아니라 수 시간 이후에 나타나는 양상이 보고되어, 도시 배수관망의 체류 및 유역 수문응답에
따른 지연 피크 가능성이 제기되었다(Johannessen, Helm et al., 2022). Jaeger et al. (2024)은 캐나다 도시 수계에서 6PPD-Q의 시공간 변동성을 고해상도로 특성화한 연구로, 강우 시 시간분해 채수의 중요성을 강조하였다. 해당 연구에서는
동일 강우 시 약 3시간 구간에서도 6PPD-Q 농도가 약 50-220 ng/L 범위로 변동할 수 있음을 제시하였으며, 이는 단일 시점 grab sample만으로는
강우 전체 노출, 특히 피크 노출을 적절하게 대표하기 어렵다는 점을 보여준다. 따라서 6PPD-Q와 같은 강우시 오염물질에 대해서는 유량 가중 복합채수(flow-weighted
composite sampling) 또는 사건기반 연속채수(event-triggered/time-resolved sampling)가 보다 적절한 접근방법으로
제시하였다. 또한 브리티시 콜롬비아 주의 6PPD-Q 수질기준 기술보고서(Ministry of Water, Land, and Resource Stewardship, 2025)에서는 Nanaimo 지역 Northfield Creek(도시 소하천)에서 6PPD-Q 농도가 강우 전 0.037 µg/L에서 강우 중 최대유량 시
0.159 µg/L로 상승한 후, 강우 종료 및 시간 경과(>48시간) 후 0.023 µg/L로 감소하는 전형적 펄스형 변동을 제시하였다. 우수관수(storm
sewer water)에서는 강우 후 2.9-3.7 µg/L 수준의 고농도가 검출되어, 배출원에 가까운 지표 유출수(우수관/도로유출)에서 농도가 가장
높고, 수용하천으로 갈수록 희석⋅혼합되면서 변동되는 것으로 나타났다.
유럽 지역의 6PPD 및 6PPD-Q 연구는 도로 유출수, 도시 수계, 폭우 사건 연계 수질 변동, 비표적/의심물질 스크리닝을 중심으로 점차 증가하는
추세이다. 특히 6PPD-Q를 단독 정량하는 접근과 함께, 차량 유래 오염물질(vehicle-related compounds, VRCs) 또는 신종미량
오염물질의 범주 안에서 6PPD-Q를 포함하여 검출 및 우선 순위화하는 연구가 병행되고 있다. Kryuchkov et al. (2023)는 노르웨이 남부 지역의 도로⋅터널⋅도시 기반 시설의 환경 유출 시료를 대상으로 6PPD-Q의 농도를 비교적 명확한 수치로 제시하였다. Stavsjøfjell
터널 세척수에서 6PPD-Q는 평균적으로 110-143 ng/L 범위로 검출되었으며, 터널 유출수 처리시설 시료에서는 7-23 ng/L, 처리시설
방류구 하류 culvert 시료에서는 LOQ 미만(<5 ng/L)으로 나타났다. 하지만 인공잔디 구장 유출수에서는 159 ng/L, 지방도로 유출수에서는
258 ng/L로 고농도의 6PPD-Q이 검출되었다. 터널 세척수와 인공 잔디구장, 지방도로에서의 6PPD-Q 농도는 시애틀 지역에서 발생된 코호연어
급성독성 기준치(LC50, 95 ng/L) 대비 약 2.7배 수준이라고 해석하였다. 최근 스페인에서는 타호강(Tagus river)를 대상으로 2020년
2022년 동안 13개 지점 총 89개 시료를 통해 VRCs의 발생특성을 파악하기 위해 비표적 스크리닝 기반 HRMS분석을 수행하였다. 그 결과 스페인
하천에서 처음으로 6PPD-Q가 검출되어 유럽 남서부 대하천 수계에서도 타이어 유래 변환생성물이 이미 유입⋅존재하고 있음을 보여주는 중요한 지역적
근거를 제시하였습니다(Escobar-Arnanz et al., 2025). 또한, 도시 지역에서는 강설∼융설 기간동안 도로에서 생성된 입자는 눈에 축적될 수 있으며, Maurer et al. (2023)은 독일 라이프치히의 융설기간동안 도로 눈 시료를 대상으로 6PPD-Q와 6PPD의 검출 여부를 확인하였다. 눈 시료에서 6PPD은 대부분 액상보다
입자상에서 검출되었으며, 이는 타이어 마모입자 내부에 포집되어 안정화되기 때문인 것으로 판단하였다.
아시아 지역 또한 6PPD/6PPD-Q 연구는 고밀도 교통⋅도시화 구간에서 지표 유출수에 의해 수계로 유입된다는 경로를 중심으로 수행되었다. Cao et al. (2022)은 2021년 8월 홍콩 구룡(Kowloon)의 교통량이 매우 높은 도시 지역에서 지표 유출수를 포함한 다양한 매체(수계⋅대기입자⋅도로변 토양 등)를
조사하였으며, 그 결과 지표 유출수 내 6PPD와 6PPD-Q 농도는 0.21-2.71 µg/L와 0.21-2.43 µg/L로 이미 µg/L 수준까지
검출되고 있음을 보여주고 있다. 이 후 Zhang, Huang et al. (2023)은 중국 남부 주강 삼각주 지역의 표면 유출수, 하천수 등 도시 수계 전체를 대상으로 6PPD 및 6PPD-Q의 발생과 이동을 추적하였다. 그 결과,
표면 유출수에서 6PPD-Q는 최대 1,562 ng/L, 6PPD는 최대 7.52 ng/L까지 검출되어, 전구체인 6PPD보다 6PPD-Q가 현저히
높은 농도로 조사되었다. 또한 주강과 동강의 하천수에서도 6PPD-Q 2.34 ng/L과 1.69 ng/L 수준으로 검출되어, 도로 지표유출수에서
유입된 6PPD-Q가 하천으로 이동되는 과정을 보여주는 값으로 해석할 수 있다. Xu et al. (2024)은 홍콩의 도시 지표 유출수 16개 지점을 조사하여, 총 17종의 타이어 첨가제와 1종의 전환산물이 검출되었으며, 전체 농도 범위는 13.9-2,230
ng/L로 보고되었다.
Table 2. Detection and quantification of 6PPD and 6PPD-Q in the environment across
various locations
|
Media
|
Country
|
Sample type
|
6PPD-Q
|
6PPD
|
Ref.
|
|
Surface water (ng/L)
|
Canada
|
City surface water
|
96∼112
|
-
|
[1]
|
|
China
|
Zhujiang River
Dongjiang River
Liuxi River
Jiaojiang
|
1.51(0.26∼11.3)
0.91(0.29∼8.12)
0.18(∼0.75)
6.1(∼21)
|
0.48(0.31∼1.07)
0.36(0.27∼1.29)
-
10(4.0∼72)
|
[2], [3]
|
|
Australia
|
Brisbane River
|
17.5(0.38∼88)
|
-
|
[4]
|
|
Stormwater (ng/L)
|
Canada
|
City stormwater
|
48∼5580
|
-
|
[1]
|
|
Norway
|
Tunnel wash runoff
Artificial turf runoff
|
49.5∼143
159
|
-
-
|
[5]
|
|
China
|
City with heavy traffic
Roadway runoff
Courtyard runoff
Farmland runoff
|
1120(210∼2430)
576(38.5∼1562)
51.6(6.03∼875)
0.73(0.53∼5.58)
|
320(210∼2710)
3.05(0.41∼7.52)
0.89(0.19∼1.10)
-
|
[2], [6]
|
|
Groundwater (ng/L)
|
China
|
Guangzhou
|
0.11(∼0.70)
|
-
|
[2]
|
|
Wastewater (ng/L)
|
China
|
Influent
Effluent
Influent
Effluent
|
53(1.9-470)
3.4(1.1-37)
14.2(±0.8)∼69.8(±2.4)
-2.09(±0.16)
|
12(1.1∼59)
0.30(∼15)
-
-
|
[6], [2]
|
|
Malaysia
|
Influent
Effluent
|
-
∼0.11
|
-
-
|
[7]
|
|
Sri Lanka
|
Influent
Effluent
|
∼0.37
∼0.37
|
-
-
|
[7]
|
|
Canada
|
Influent
Effluent
|
64.8(±5.3)∼145.7(±46.7)
∼446.5(±37.7)
|
-
-
|
[8]
|
|
Germany
|
Influent
Effluent
Snowmelt period influent
Snowmelt period effluent
Rainfall period influent
Rainfall period effluent
Dry weather influent Dry
weather effluent
|
777(592∼1100)
50(41∼66)
105(±37)
-
52(±22)
-
-
-
|
-
-
4400
2400
14300
11200
900
300
|
[9], [10]
|
|
Snow (ng/L)
|
Canada
|
City Snowmelt
City Snowmelt
|
367(74∼756)
81(15∼172)
|
-
-
|
[11]
|
|
Germany
|
Roadside Snow
|
259(110∼428)
|
329(∼784)
|
[9]
|
|
Drinking water (ng/L)
|
Singapore
|
Drinking water
|
-
|
<10
|
[9]
|
|
Sediment (ng/g)
|
China
|
Fluvial sediment
Estuarine sediment
Coast sediment
Abyssal sediment
|
9.03(1.87∼18.2)
2.00(∼4.88)
1.27(0.43∼2.98)
2.71(∼3.02)
|
14.4(0.585∼468)
3.90(1.49∼5.71)
1.82(1.07∼11.1)
2.66(∼2.69)
|
[12]
|
4.2 Creeks and water sediments
6PPD-Q는 도로유출수 및 우수를 통해 수계로 유입된 이후, 수체 내 용존상으로만 존재하는 것이 아니라 부유입자와 결합하여 하천 하상 및 연안 퇴적물에
분배될 수 있다. Zeng et al. (2023)은 도시 하천, 하구, 연안 및 심해 지역의 퇴적물을 조사하였으며, 6PPD와 6PPD-Q의 농도(중앙값)는 도시 하천 퇴적물에서 각각 39.7 ng/g
및 15.2 ng/g, 하구 퇴적물에서 14.0 ng/g 및 5.85 ng/g, 연안 퇴적물에서 9.47 ng/g 및 2.97 ng/g, 심해 퇴적물에서
5.24 ng/g 및 3.96 ng/g으로 나타났다. 이러한 결과는 6PPD-Q가 도시하천에서 가장 높은 수준으로 축적된 후, 하구와 연안을 거쳐
해양 방향으로 이동하면서, 심해 퇴적물까지 전달될 가능성을 제시하였다. Zhu et al. (2024) 또한 중국 자오장강(Jiaojiang River)의 퇴적물 내 6PPD와 6PPD-Q의 농도를 분석한 결과 6PPD는 31(1.6-172) ng/g,
6PPD-Q는 14 ng/g(ND-46 ng/g)으로 검출되었다. 검출 농도를 퇴적물-수체 분배를 반영하는 log Koc 값으로 해석한 결과, 6PPD-Q가
수체 내 용존상으로 머무는 것이 아니라 퇴적물에 축적될 가능성이 높음을 제시하였다. Xu et al. (2024)은 중국 동강 유역(Dongjiang River basin)의 하천 및 하구 퇴적물을 조사하여 6PPD와 6PPD-Q의 이동 및 축적 특성을 평가하였다.
그 결과, 총 PPDs는 동강 유역 표층 퇴적물에서 3.33-85.3 ng/g 범위로 나타났고, 6PPD는 전체의 60% 이상을 차지하는 주요 성분으로
나타났다. 반면 6PPD-Q는 하천 퇴적물에서는 ND-5.24 ng/g, 하구 퇴적물에서는 ND-0.62 ng/g의 농도로 6PPD에 비해 상대적으로
낮은 검출 농도를 보였으며, 심해 퇴적물에서는 거의 검출되지 않았다. 이와 같은 결과는 도시 유출의 직접 영향을 받는 하천 퇴적물과 상대적으로 외해에
가까운 퇴적물 사이에 뚜렷한 지역 차이가 있다는 것을 보여주고 있다.
4.3 Wastewater treatment plant
6PPD 및 6PPD-Q는 도로유출수와 초기 강우유출이 도시 배수체계를 통해 하⋅폐수처리장으로 유입될 수 있기 때문에, WWTP는 6PPD 및 6PPD-Q의
잠재적 점오염원으로 간주되고 있다. 또한 일반적으로 PPDs는 하수처리시설에서 효율적으로 제거되지 않아 방류수를 통해 수계에 유입될 가능성이 있는
것으로 나타났다(Interstate Technology & Regulatory Council, 2024).
Johannessen and Metcalfe (2022)는 캐나다 온타리오주 내 4개 WWTP와 2개 정수처리시설을 대상으로 6PPD-Q를 조사하였다. 그 결과, WWTP의 유입수에서는 64.8 ng/L(±5.3)∼145.7
ng/L (±46.7) 농도로 높게 검출되었다. 이 중 두 시설은 활성슬러지+확장폭기 SBR 등 공정을 통해 완전 제거되어 방류수 내 6PPD-Q는
검출되지 않은 반면, 다른 두 시설(확장폭기 플러그흐름 반응기 포함)의 방류수에서 최대 7배까지 증가한 것으로 확인되었다. 이는 처리 과정 중 6PPD가
6PPD-Q로 산화되었을 가능성으로 해석되었다. 중국의 주강 삼각주 도시의 3곳의 WWTP에서도 유입수의 6PPD-Q는 각각 69.8 ng/L(±2.40),
14.2 ng/L(±0.80), 69.3 ng/L(±6.40)로 검출되었고, 방류수에서는 불검출∼2.09 ng/L(±0.16)가 검출되어 85.3-100%의
제거율을 보였다(Zhang, Huang et al., 2023). 한편 Xu et al. (2024)은 광저우 지역 46개 WWTP 슬러지를 조사한 결과, 6PPD-Q는 6.62 ng/g의 농도로 검출되고, 연간 총배출량은 약 4.87 kg/year이며,
이 중 3.46 kg/year이 방류수를 통해 배출되는 것으로 제시하였다. 이러한 결과는 6PPD-Q의 슬러지에서 축적과 방류수에 의한 배출이 공존하고
있음을 보여주고 있다. 홍콩에서 또한 4개 WWTP의 유입수, 방류수, 바이오솔리드를 조사한 결과 총 PPD-Qs는 유입수에서 14,830 ng/L,
방류수에서 400 ng/L가 검출되었으며, PPDs는 유입수 2,790 ng/L, 방류수 590 ng/L로 검출되었다. 이는 WWTP에서 6PPD-Q를
포함한 quinone류가 처리 후에도 방류수에 남아 하천으로 유출될 수 있음을 보여주고 있다(Cao et al., 2023). 따라서, 현재 수처리 공정 기술에 따른 6PPD와 6PPD-Q의 불완전한 제거는 방류수 및 슬러지를 통해 수용 하천으로 유입되어 해당 유역의 점오염원으로
작용할 수 있음을 보여주고 있다.
5. Toxicity of 6PPD/6PPD-Q to the environment
6PPD-Q는 타이어 항오존제 6PPD가 오존 및 관련 산화종과 반응하여 생성되는 대표적 산화 전환산물로서, 최근 도로유출수, 하천수, 퇴적물, 토양,
하⋅폐수처리장 유입수 및 방류수 등 다양한 환경매체에서 반복적으로 검출되고 있다(Johannessen and Metcalfe, 2022;
Tian et al., 2021;
Xu et al., 2024). 특히 본 물질은 단순한 환경 중 검출을 넘어, 일부 수생생물에 대하여 ng/L-µg/L 수준에서 치명적 독성을 나타내는 고우려 오염물질로 평가되고
있으며, 최근에는 토양생물, 식물, 미세조류 등 비표적 생물군에 대한 아급성 및 만성 독성도 점차 보고되고 있다. 또한, 인체 생물학적 시료에서의
검출 및 일부 질환군과의 연관성 연구를 통해 잠재적 공중보건 우려가 제기되고 있다. Table 3은 6PPD와 6PPD-Q의 급성독성에 관한 선행 연구결과를 시험생물, 노출조건, 독성종말점 및 독성값을 중심으로 정리한 것이다.
Table 3. Acute toxicity of 6PPD and 6PPD-Q
|
|
Species
|
Exposure duration (hour)
|
LC50 (µg/L)
|
Ref.
|
|
6PPD-Q
|
Oncorhynchus kisutch (>1 year)
|
24
|
0.095
|
[1]
|
|
Oncorhynchus kisutch (∼3 weeks)
|
24
|
0.041
|
[2]
|
|
Oncorhynchus kisutch (189 days)
|
24
|
0.08
|
[3]
|
|
Oncorhynchus mykiss (∼2 years)
|
24
|
1.96
|
[4]
|
|
Oncorhynchus mykiss (3 months)
|
24
|
0.90
|
[5]
|
|
Salvelinus fontinalis (∼1 year)
|
24
|
0.59
|
[4]
|
|
Salvelinus leucomaenis pluvius (<1 year)
|
24
|
0.51
|
[6]
|
|
zebrafish larvae (116 hpf)
|
24
|
308.7
|
[7]
|
|
zebrafish larvae (116 hpf)
|
96
|
132.9
|
[7]
|
|
zebrafish embryos/larvae (2 hpf)
|
96
|
2200
|
[8]
|
|
Oncorhynchus kisutch
|
24
|
<0.10
|
[9], [10],
[11], [12],
[13], [14]
|
|
Oncorhynchus mykiss
|
72
|
1.00
|
|
Salvelinus namaycush
|
96
|
0.50
|
|
Salvelinus alpinus
|
96
|
14.2
|
|
Acipenser oxyrinchus
|
96
|
14.2
|
|
Gobiocypris rarus
|
96
|
162.2
|
|
Acipenser transmontanus
|
96
|
14.2
|
|
Sciaenops ocellatus
|
24-72
|
500
|
|
6PPD
|
zebrafish larvae (116 hpf)
|
24
|
1384.9
|
[7]
|
|
zebrafish larvae (2-96 hpf)
|
12
|
737
|
[15]
|
5.1 Aquatic organisms
6PPD-Q의 환경 위해성에서 가장 명확하게 확립된 부분은 수생 생태계에 대한 독성이다. 가장 대표적인 독성사례는 코호연어(Oncorhynchus
kisutch)의 급성 치사독성이다. 코호연어의 24h LC50은 95 ng/L이고, 약 3주령 개체의 24 h LC 50은 41.0 ng/L로 낮아지는
것으로 나타나 생애단계별 민감도 차이가 있는 것으로 확인되었다. 독성 증상으로는 헐떡임, 불규칙 유영, 평형상실, 환기 증가 등이 공통적으로 관찰되어
호흡⋅신경⋅순환계 기능의 복합 교란이 있는 것으로 나타났다(Li et al., 2024). 또한 같은 연어과 내에서도 종간 민감도는 크게 다르게 나타났다. 무지개송어(O. mykiss)의 24 h LC50은 0.90-1.96 µg/L,
brook trout는 0.59 µg/L, white-spotted char는 0.51 µg/L로 나타났으며, 반면 일부 철갑상어류는 96 h LC50이
14.2 µg/L로 상대적으로 낮은 민감도를 보였다(Li et al., 2025;
Li et al., 2024). Jiang et al. (2024)은 chinook salmon과 coho salmon 비교에서 coho의 높은 민감도를 재확인하며, 종별 해독대사 능력 차이가 독성차이에 기여할 수
있다고 해석하였다(Jiang et al., 2024).
모델 어종인 제브라피시에서는 치사성 외에 발달⋅행동⋅신경계 영향이 다수 보고되었다. 제브라피시 유생에서 24 h LC50은 308.7 µg/L, 96
h LC50은 132.9 µg/L로 보고되었고, 장 발적, 부레⋅안구 변화, 유영능 저하, 심박수 감소가 관찰되었다(Li et al., 2024). 더 낮은 ng/L-µg/L 수준에서도 일주기 리듬 유전자(per1a, per3, cry3a) 발현 저하와 활동성 변화가 보고되어, 환경관련 농도에서의
신경행동 독성 가능성이 제기된다(Jiang et al., 2024). 갑각류에서도 위해성은 뚜렷하여 Daphnia magna 48 h LC50이 55 µg/L, Hyalella azteca 96 h LC50이 6
µg/L로 정리되었고, 장기 노출 시 성장⋅생식 저해가 보고되었다(Li et al., 2025). 반면 일부 담수 무척추동물(하루살이 유충, 달팽이 배아, 일부 담수조개 등)에서는 높은 농도에서도 급성 사망이 뚜렷하지 않았다는 보고도 있어,
수생 생물군 간 민감도 스펙트럼이 매우 넓음을 보여준다(Jiang et al., 2024).
따라서, 6PPD-Q는 연어과 일부 민감종에서 ng/L 수준의 매우 낮은 독성 역치를 가지며, 강우사건 기반 유출수의 고농도 노출이 실제 생태 위해로
이어질 가능성이 높다. 동시에 종간 민감도 차이가 크고, 만성⋅행동⋅발달 독성 및 먹이망 영향 자료가 아직 충분히 축적되지 않았으므로, 향후에는 사건기반
모니터링과 함께 다양한 분류군을 포함한 만성 독성 자료, 혼합 독성 평가, 표적장기⋅기전 기반 연구가 병행될 필요가 있다.
5.2 Humans and other mammals
인체 연구는 주로 소변⋅혈액⋅뇌척수액 등 생체시료에서의 검출과 인구집단/직업군 비교에 기반하고, 포유류 실험연구는 간⋅장 등 표적장기 독성 및 염증⋅대사교란
기전을 중심으로 연구되고 있다(Du et al., 2022;
Fang et al., 2024;
Liu et al., 2024;
Qin et al., 2025). 인체 노출을 직접 입증한 대표 사례는 남중국 소변 바이오 모니터링 연구이다. Du et al. (2022)은 소변에서 6PPD와 6PPD-Q를 동시 분석하여, 임산부에서 6PPD-Q의 농도는 2.91 ng/mL로 성인(0.40 ng/mL) 및 아동(0.076
ng/mL)보다 현저히 높음을 보여주었다. 또한 인간 간 미소체 실험에서 6PPD의 빠른 대사적 소실이 소변 내 6PPD 농도가 상대적으로 낮은 이유가
될 수 있음을 제시하여, 6PPD-Q가 전구체보다 체내에서 더 관찰되기 쉬운 형태일 가능성을 보여주었다(Du et al., 2022). 중국 톈진 성인 100명(소변-혈장 짝시료 200개)을 분석한 Liu et al. (2024)은 소변 6PPD-Q의 검출빈도가 86%로 매우 높지만 혈장에서는 대부분 불검출로 나타나, 6PPD-Q가 혈액에 오래 잔류하기보다 비교적 빠르게 체외
배출되고 있음을 확인하였다. 남녀 성별에 따른 일일 배출량은 여성의 경우 7.381 ng/kg-bw/day, 남성은 3.360 ng/kg-bw/day로
여성에서 더 높게 배출되고 있음을 추정하였다(Liu et al., 2024). Huang et al. (2024) 또한 중국 타이저우 건강인 149명의 소변에서 6종의 PPD-Q를 분석한 결과, 6PPD-Q의 평균 농도는 2.4 ng/mL(<LOD-19 ng/mL)이며,
평균 일일 배설량을 81 ng/kg-bw/day(<0.5-475 ng/kg-bw/day)로 확인하였다(Huang et al., 2024). 최근 Qin et al. (2025)은 실외 근로자에서 혈청 6PPD-Q가 더 높고, 혈청 6PPD-Q가 1 µg/L 증가할 때 간 병변 위험이 2.31배 증가한다는 로지스틱 회귀 결과를
제시하며, 면역세포 조절 및 당⋅지질대사 이상과의 연관 가능성을 보고하였다(Qin et al., 2025).
기타 포유류 독성은 설치류 실험에서 보다 직접적으로 평가되었다. Fang et al. (2023b)은 C57BL/6 마우스에 6PPD 및 6PPD-Q를 10, 30, 100 mg/kg로 6주 경구 투여하여 간 내 축적, 간중량 증가, 간 중성지방
증가를 보고했고, 전사체 분석에서 해당⋅지질 대사, 면역 및 글루타티온 대사 경로의 교란을 제시하여 6PPD-Q의 간독성 및 면역반응 유도 가능성을
뒷받침하였다(Fang et al., 2023b). 또한 Yang et al. (2024) 계열 연구는 ICR 마우스에 0.1-100 µg/kg의 환경현실적 저용량을 21일 투여했을 때 소장 기관의 장벽 손상과 TNF-α, IL-1, IL-6
증가가 나타났고, cannabinoid receptor (CNR2) 활성화가 염증 매개 기전으로 제시되었다고 보고하였다(Yang et al., 2024).
5.3 Plants
6PPD-Q는 토양⋅수계에 유입된 뒤, 식물로 이동⋅축적될 수 있는 물질로 인식되고 있다. 특히 식용작물은 먹이사슬로의 유입 경로가 될 수 있어,
6PPD-Q의 식물 독성 및 축적 가능성에 대한 연구는 매우 중요하다.
현재까지 식용작물에서의 직접적 축적량에 대한 연구는 대부분 수경재배를 통해 제안되었다. Castan et al. (2023)은 TRWPs 1 mg/L를 포함한 수경 조건에서 상추를 2주 재배했을 때, 잎에서 6PPD의 농도는 0.75 µg/g로 검출되었고, 6PPD-Q는
시간 경과에 따라 지속적으로 축적되어 최대 2.19 µg/g까지 증가하는 것으로 나타났다(Zoroufchi Benis et al., 2023). Yin et al. (2025) 또한 상추 잎에서 6PPD-Q이 최대 0.78 µg/g의 농도가 검출되었고, 6PPD보다 안정성이 높은 것으로 확인하였다(Yin et al., 2025). 이와 같은 결과는 6PPD-Q는 식물체 내에서 비교적 안정적으로 축적 및 잔류될 가능성이 높아 식용 부위로의 이동은 식이노출 경로로 이어질 수
있으므로, 실제 재배조건에서의 축적 및 노출평가 연구가 필요하다.
수생식물(수생 대형식물, Macrophytes)에서는 대부분의 환경 관련 농도에서의 독성역치가 높은 식물군으로 단정하기는 어렵다. Eichhornia
crassipes(부레옥잠)은 0.1-10 µg/L 범위의 6PPD과 6PPD-Q에서 6PPD는 광합성 색소를 감소시키며, 6PPD-Q는 저농도(0.1-1
µg/L)에서 뿌리 ROS 증가와 삼투스트레스, 탄수화물 대사에 영향을 미치는 것으로 나타났다(Ge et al., 2024). 이와 같은 결과는 6PPD-Q로 인한 성장 저해가 뚜렷하지 않더라도, 산화손상⋅막 손상⋅대사 재편성으로 생장⋅양분흡수⋅탄소고정 효율이 저하될 수
있음을 의미한다. 더 나아가 대기에서 엽면이 6PPD-Q에 노출될 경우, 엽록체 초미세구조가 손상되며, Rubisco 활성이 억제되고, 순광합성률은
감소, phyllosphere 미생물 군집은 교란 될 수 있는 것으로 나타났다(Ge et al., 2024). 또 다른 수생식물인 Myriophyllum verticillatum(물수세미) 연구에서는 6PPD 노출(10-100 µg/L)이 생장과 광합성
색소를 저해하고, 14일 노출 후에는 6PPD는 0.52 mg/kg, 6PPD-Q는 0.09 mg/kg까지 검출되었다. 이는 식물체 내부에서도 6PPD가
6PPD-Q으로 전환되고 동시에 축적될 수 있음을 보여주었다(Zhao et al., 2024). 그러나 현재의 작물⋅수생식물⋅육상식물 간 종차, 토양 조건(유기물, pH)과의 상호작용, 식물체 내 대사체(포합체 포함) 규명, 그리고 식이노출을
포함한 정량적 위해성평가 프레임(섭취량-내부용량-건강영향 연결)은 아직 자료가 부족하므로, 향후 다양한 식물종과 재배조건을 반영한 체계적 연구가 필요한
실정이다(Wang et al., 2025;
Zoroufchi Benis et al., 2023).
6. Challenges and future directions for environmental monitoring, risk assessment
and management
6PPD와 6PPD-Q에 대한 기존 연구결과를 종합할 때, 향후 연구와 정책적 대응은 단순한 오염물질 검출 수준을 넘어 다매체 환경 모니터링-노출
및 독성 기반 위해성 평가-저감 및 대체전략을 포함하는 위해관리 체계로 확장될 필요가 있다. 특히 6PPD-Q는 수계, 토양, 퇴적물, 도로 유출수,
미세입자 및 생물체에서 광범위하게 검출되고, 6PPD보다 더 높은 안정성과 독성을 나타내므로, 후속 연구의 우선순위는 원물질과 전환산물을 동시에 추적하는
통합 프레임워크의 구축에 두어야 한다. 특히, 6PPD 및 6PPD-Q의 환경 중 거동과 독성자료를 바탕으로, 후속 환경 모니터링, 위해성 평가,
그리고 관리전략 수립에 활용 가능한 과학적 기반을 정립할 필요성이 있다. 이에 따라, Table 4에서는 주요 환경매체 및 유입경로별로 6PPD-Q의 검출 특성, 독성학적 관련성, 환경적 의미 및 관리 시사점을 통합적으로 정리하였다.
후속 환경 모니터링 측면에서는 단일 매체 또는 단일 시점 중심의 조사에서 벗어나, 공기-도로먼지-유출수-하천수-퇴적물-토양-지하수로 이어지는 다매체
연계형 모니터링 체계가 필요하다. Jiang et al. (2024)은 6PPD와 6PPD-Q의 환경 중 존재를 동시에 모니터링해야 하며, 실시간(real-time) 및 동적 환경에서의 분배⋅이동 과정을 반영할 수
있는 고도화된 분석체계가 요구된다고 제안하였다. Wang et al. (2025) 역시 현재의 자료가 중국, 미국, 캐나다 등 일부 지역에 편중되어 있음을 지적하며, 대규모⋅표준화된 국제 모니터링 프로그램과 자동화⋅고처리량 분석
플랫폼, 그리고 시료 저장⋅전처리 과정에서의 artifact 최소화가 필요하다고 강조하였다. 특히 6PPD-Q의 환경 노출은 강우와 융설에 의한 간헐적
집중 노출 특성을 보이므로, 정적 평균농도 중심의 조사보다는 강우 전⋅중⋅후 시계열 조사, 고빈도 채수, 강우사상 기반 모니터링, 그리고 실제 유역
조건을 모사하는 microcosm 및 mesocosm 연구가 병행되어야 한다. 다음으로, 위해성 평가 측면에서는 기존의 단순 검출빈도나 개별 독성값
비교를 넘어, 환경 중 전환산물 형성, 종특이적 민감도, 만성 저농도 노출, 혼합독성, 그리고 다중 노출경로를 포괄하는 정교한 평가체계가 요구된다.
6PPD-Q가 6PPD보다 현저히 높은 독성을 나타내며, 특히 어류를 포함한 민감종에서 급성 및 아급성 영향이 두드러지므로, 향후 위해성 평가는 환경실측
농도에 근거한 장기 저농도 노출과 반복적 집중 노출 시나리오를 반영되어야 한다. 또한 매체 간 이동 및 생물농축 가능성에 따라, 종특이적 감수성,
독성기작, 체내 대사 및 환경 중 변환경로를 함께 고려해야 해야 할 것이다. 나아가 6PPD-Q의 생물축적성과 인체 노출 가능성을 고려할 때, 생태
위해성뿐 아니라 인체 위해성, 생물학적 모니터링, 노출평가 모델 고도화까지 포함한 통합적 위해성 평가 체계가 필요할 것이다. 마지막으로, 위해관리
측면에서는 오염원의 전 생애주기를 고려한 다층적 관리전략이 필요하다. 6PPD 및 6PPD-Q의 저감전략은 오염원 제어-이동경로 차단-배출말단 처리(source
control-pathway interception-end-of-pipe treatment)의 세 단계로 구분하고 위해 관리가 되어야 할 것이다.
특히 단일 처리기술에 의존하기보다, 대체물질 평가-배출 저감-유출 차단-매체별 처리-인체 및 생태 모니터링-규제기준 설정이 연계된 통합 정책으로 설계되어야
하며, 이를 위해서는 환경기준과 평가기준의 매체별 정립, 표준화된 분석법, 장기 독성자료, 그리고 비용-효과성에 대한 환경 경제학적 검토가 병행되어야
한다.
종합하면, 6PPD와 6PPD-Q에 대한 후속 연구는 검출과 독성 확인에 머무르는 것이 아니라, 다매체 실시간 모니터링-환경현실성을 반영한 위해성
평가-전 생애주기 기반 위해관리 전략으로 체계화되어야 한다. 이러한 접근은 6PPD 계열 오염물질의 환경 중 이동과 잔류를 보다 정확하게 예측하게
할 뿐 아니라, 취약 생태계와 고노출 인구집단에 대한 조기경보, 규제 우선순위 설정, 대체물질 개발, 저감기술 최적화, 그리고 정책적 개입의 과학적
근거를 제공할 수 있을 것이다.
Table 4. Integrated summary of environmental occurrence, toxicological relevance,
and management implications of 6PPD-Q
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Environmental medium or pathway
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Main occurrence characteristics
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Toxicological relevance
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Environmental significance
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Management implications
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Road runoff and stormwater
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6PPD-Q is frequently detected at relatively high concentrations in road runoff and
stormwater, particularly during rainfall or snowmelt events.
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Reported concentrations in runoff-related samples may overlap with the acute toxicity
range reported for highly sensitive aquatic species.
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This pathway represents a direct and episodic input route from tire and road wear
particles to receiving waters.
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Event-based monitoring, first-flush sampling, and runoff interception or treatment
should be prioritized.
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Receiving surface waters and urban streams
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6PPD-Q is detected in rivers and urban streams receiving road runoff, although concentrations
are generally lower than those in runoff samples due to dilution and transport.
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Short-term concentration peaks during wet-weather events may be ecologically relevant
for sensitive aquatic organisms.
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Surface waters act as receiving systems where dilution, transformation, and particle
partitioning occur after runoff input.
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Time-resolved wet-weather monitoring and prioritization of urban streams near high-traffic
areas are needed.
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Groundwater
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6PPD-Q has been reported at relatively low concentrations in groundwater compared
with surface runoff and stormwater.
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Acute toxicity relevance is expected to be lower based on current concentration data,
but available information remains limited.
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Detection in groundwater may indicate infiltration or indirect transport from road
runoff, urban drainage, or contaminated surface waters.
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Exploratory monitoring is needed in road-adjacent recharge areas and vulnerable aquifers.
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Sediments and particulate phases
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6PPD-Q can be detected in riverine, estuarine, coastal, and other sedimentary environments,
reflecting particle-associated transport and deposition.
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Direct sediment toxicity data are limited; ecological relevance may be associated
with benthic exposure and remobilization.
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Sediments may function as sinks for particle-associated 6PPD-Q and potential secondary
sources during resuspension.
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Paired water-sediment monitoring and assessment of partitioning and remobilization
processes are required.
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Wastewater treatment plant influent, effluent, and sludge
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6PPD and 6PPD-Q can enter wastewater treatment systems through urban drainage, combined
sewers, and stormwater-related inputs.
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Effluent discharge may contribute to continuous or episodic exposure in receiving
waters.
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Treatment efficiency can vary depending on process conditions, and transformation
or incomplete removal may occur.
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Monitoring of influent, effluent, and sludge is needed to evaluate removal, transformation,
and discharge pathways.
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Sensitive aquatic habitats
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Exposure levels depend on upstream runoff inputs, hydrologic connectivity, dilution,
and species distribution.
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Some salmonids and other sensitive species show high acute sensitivity to 6PPD-Q.
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Ecological risk may be driven by short-term peak exposure rather than annual or background
average concentrations.
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Protection of sensitive habitats and species-specific risk evaluation should be considered.
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7. Conclusion
본 연구에서는 6PPD의 대표적 산화 전환산물인 6PPD-Q를 중심으로, 생성 메커니즘, 환경 중 안정성 및 잔류성, 수계와 토양을 포함한 다매체
분포특성, 그리고 생태계와 인체에 대한 잠재적 영향을 종합적으로 고찰하였다. 6PPD는 TRWPs를 통해 환경으로 지속적으로 유입된 후, 오존화,
광산화, 토양 내 산화반응, 미생물 대사 및 대기 중 산화과정을 거쳐 6PPD-Q로 전환된다. 이 과정에서 6PPD는 비교적 반응성이 높은 전구체로
작용하는 반면, 6PPD-Q는 더 높은 안정성과 잔류성으로 실제 환경 중 위해성이 높은 잠재적 오염물질로 작용할 것으로 판단된다.
환경 매체별로 볼 때, 6PPD-Q는 도로유출수, 우수, 융설수, 하천수, 지하수, 퇴적물, 토양, 하⋅폐수처리장 유입수 및 방류수 등에서 광범위하게
검출되었으며, 특히 강우 또는 융설과 연계된 사건 기반 유입이 주요 노출 경로로 확인되었다. 또한 수계에서는 용존상 잔류와 더불어 퇴적물로의 분배
및 재부유 가능성이, 토양에서는 유기물 및 입자상 물질에 대한 강한 흡착과 장기 축적 가능성이 확인되어, 6PPD-Q의 환경거동은 단일 매체가 아닌
수계-퇴적물-토양을 연계하는 다매체 순환 과정으로 이해되어야 한다.
독성 측면에서 6PPD-Q는 일부 연어과 어류를 포함한 민감 수생생물에서 ng/L 수준의 급성 치사독성이 보고되어, 생태학적 우려가 큰 물질로 평가된다.
또한 수생생물 외에도 식물, 포유류 및 인체 노출 연구에서 다양한 생리⋅생화학적 영향 가능성이 제시되고 있다. 다만 생물군별 독성자료의 축적 정도에는
차이가 있으며, 특히 만성 저농도 노출, 반복적 펄스 노출, 혼합독성, 생물축적, 인체 노출경로 및 건강영향에 대한 자료는 아직 제한적이다. 따라서
6PPD-Q의 위해성 평가는 단일 독성값이나 평균 환경농도에 의존하기보다, 환경실측농도, 노출시간, 생물종별 민감도 및 독성종말점을 함께 고려하는
방식으로 수행될 필요가 있다.
국내의 경우 6PPD-Q에 대한 연구 및 환경매체별 모니터링 자료는 거의 제한적이므로 현재 단계에서 국내 수환경 내 오염 수준을 정량적으로 단정하기에는
한계가 있다. 또한 6PPD의 국내 총 사용량과 제조공정별 사용량에 대한 자료 역시 매우 제한적이므로, 직/간접적인 배출부하 산정에는 추가적인 자료
확보가 필요한 실정이다. 다만, 국내 자동차 등록대수가 2025년 말 기준 약 2,651만 대에 이른다는 점을 고려하면(MOLIT, 2026), 차량 운행과 타이어 마모를 통한 6PPD의 지속적 환경 유입 가능성은 작지 않을 것으로 판단된다. 특히 국내 대도시는 차량 통행량이 많고 도로,
교량, 터널, 주차장 등 불투수면 중심의 도시 기반시설이 밀집되어 있어, 타이어 및 도로 마모입자가 도로 표면과 우수관망에 축적되기 쉬운 조건을 가진다.
이러한 입자상 물질에 포함된 6PPD는 오존 및 기타 산화성 물질과 반응하여 6PPD-Q로 전환될 수 있으며, 장마철과 집중호우 시기에는 도로 표면에
축적된 오염물질이 초기우수와 함께 단시간에 우수관망 및 인접 하천으로 유입될 수 있다. 따라서 국내에서도 6PPD-Q는 평상시 평균농도보다 강우 초기
또는 유량 증가 시점에 일시적으로 높은 농도로 유출될 가능성이 있으며, 이러한 특성은 국외 도시유역에서 보고된 강우사상 기반의 펄스형 농도 증가와
유사한 양상으로 나타날 수 있다.
따라서 향후 6PPD-Q에 대한 연구와 관리전략은 단순한 검출 여부 확인을 넘어, 원물질과 전환산물을 동시에 고려하는 통합적 접근으로 전환될 필요가
있다. 이를 위해서는 다매체 환경 모니터링의 고도화, 만성 및 반복 노출을 반영한 위해성 평가, 그리고 배출원 제어-이동경로 차단-배출말단 처리로
이어지는 전 생애주기 기반 위해관리 체계의 구축이 요구된다. 이러한 접근은 6PPD-Q의 환경 중 이동, 잔류, 노출 및 영향을 보다 정밀하게 이해하고,
향후 과학적 규제기준과 저감정책 수립을 위한 핵심 기반을 제공할 수 있을 것이다.