KR100437983B1 - 식물성플랑크톤을위한미량영양소를함유하는물에부유하는미립자물질 - Google Patents

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Abstract

광합성 식물성 플랑크톤의 생장을 위한 미량 영양소 공급원을 포함하는 부유성 조성물은 부유 입자들로서 대양의 표면상에 분산될 경우, 이러한 생장이 결핍되어 있는 대양에서 광합성 식물성 플랑크톤의 생장을 촉진시키는데 유용하다. 철은 바람직한 미량 영양소이다.

Description

식물성 플랑크톤을 위한 미량 영양소를 함유하는 물에 부유하는 미립자 물질
철은 지구상의 물, 특히 대양중의 식물성 플랑크톤(조류)의 광합성 생장을 위한 필수 미량 영양소로 공지되어 있다. 세계의 대양중 5분의 1이상이 모든 다른 필수적인 영양소가 존재함에도 불구하고 조류가 거의 생장할 수 없는 철 결핍 수표면을 갖고 있다(Kolber 등의 Nature 371, 145, 1994. 참조). 이러한 지역은 고 질산염, 저 엽록소(HNLC) 지역으로서 언급되어 왔다. 마틴(Martin) 등은 대기의 이산화 탄소 수준에 영향을 미쳐, 지구 온난화 방지에 도움이 될 수 있을 정도로 충분한 식물성 플랑크톤의 생장을 촉진시키기 위하여 이들 대양 지역의 생태계에 철을 첨가할 것을 제안하여왔다(Martin J. H. 등의, Nature 371, 123, 1994. 참조).
1993년에 조류가 결핍된 태평양의 적도 지역에서 수행된 주요한 "철 살포" 실험은 철의 첨가가 즉시적이고 극적으로 식물성 플랑크톤을 생장시켰다는 것을 보여주었다. 그러나, 이러한 효과는 오래가지 못했다. 이의 주요한 원인은 급속한 철의 손실이었다. 철의 손실은 철이 물속으로 깊이 가라앉기 때문이고(이거나) 유기 물질에 의한 철의 흡착 가능성 때문이다(Van scoy, K. 등의 New Scientist, p. 32. 1994. 12. 3. 참조). 아마도, 실험을 단기간 실시하였기 때문에, 이산화 탄소 농도의 수표면에 대한 영향은 거의 발견되지 않았다(Waston, A. J. 등의 Nature, 371, 143. 1991. 참조).
문헌(Wells, M. L. 등의 Nature, 353, 248. 1991. 참조)은, 조류의 생장을 위한 미량 영양소로서의 철의 유용성이 화학적 불안정성 및(또는) 용해의 용이성에 따라 달라진다는 것을 밝혔다. 철의 천연 공급원은 종종 풍부한 내화성 미립자 또는 콜로이드 형태이고, 식물성 플랑크톤에 의해 직접 동화될 수 없는 것이다. 이러한 형태는 결과적으로는 자연적 수단에 의하여 생물학적으로 이용가능한 형태로 전환되나, 이는 아주 느리고 예측할 수 없는 속도로 일어난다. 장시간이 소비되는 화학 반응은 철이 "생물학적으로 이용가능성", 즉 광합성에서 이용할 수 있는 형태로 전환되기 전에 일어나야 한다. 많은 "천연" 철은 이러한 전환이 이루어지기 전에 침강 또는 다른 수단에 의하여 사라진다. 문헌(Johnson, K. S. 등의 Marine Chem. 46, 319. 1994 참조)은, 입자 또는 콜로이드 중의 철이 생물학적으로 이용가능성이되기 위하여 적어도 부분적으로 용해되어 식물성 플랑크톤 생장을 보조하여야 한다는 것에 대해 밝혔다. 철의 첨가가, 일시적이긴 하지만, 빠른 조류의 생장을 일으키는 실험에서는, 가용성 제1철 또는 제2철 염, 예를 들면 산성화된 바닷물에 용해되어 있는 황산 제1철을 사용하여왔다(Van Scoy 등의., 상기 문헌).
선행 기술에서 철과 같은 영양소의 첨가가 광합성 생장에 극정적인 영향을 미친다는 것을 보여주었음에도 불구하고, 영양소 공급원은 비부유성 형태로 공급되어왔다. 비부유성 공급원은 생장 부위로부터 빠르게 가라앉아 사라지고, 이에 따라 광합성은 급속도로 저하된다. 별법으로는, 세계 대양의 원격지에 천연 철의 주요한 공급원을 보호하기 위하여, 대기의 먼지 입자들을 에어로졸로서 첨가한다. 이러한 철의 미립자 공급원은, 대부분이 내화성(안정한) 철임에도 불구하고, 엽록소 생성량으로 측정한 바와 같이 광합성 식물성 플랑크톤의 생장에 기여한다(K. S. Johnson 등의 상기 문헌 참조). 광화학적 환원이 미립자 철의 생물학적 이용가능성에 기여한 다는 것이 발견되었다.
본 발명의 목적은 식물성 플랑크톤에 보다 연속적으로 또는 서서히 공급하는 형태로 미량 영양소를 인공적으로 제공하는 것이다. 철과 같은 광합성 생장 미량 영양소를 함유하는 부유 또는 물에 부유하는 조성물은 수표면에 장기간 남아있음으로써, 광합성 작용을 위한 영양소의 이용가능성을 증가시킬 수 있을 것이다. 이러한 기본 영양소가 결핍되어 있는 수역의 표면상 또는 이에 근접하여, 1 종 이상의 원소성 영양소, 특히 철의 공급원을 함유하는 부유 물질은 지속되는 기간 동안 효과적인 광합성 식물성 플랑크톤 생장을 촉진하고 유지할 수 있을 것이다.
＜발명의 요약＞
본 발명은 광합성 식물성 플랑크톤 생장을 위한 서방성 미량 영양소 공급원을 제공하는 물에 부유하는 조성물을 제공한다. 이러한 조성물은 미량 영양소 공급원을 공급하기 위한 물에 부유하는, 화학적 불활성, 비교적 수 불용성 미립자 기질을 추가로 포함할 수 있다.
이러한 물에 부유하는, 미량 영양소 공급원 함유 조성물 또는 물질은 적당하게는 수성 분산액의 형태, 건조, 자유 유동 입자 형태, 또는 이에 상응하는 형태일 수 있다. 임의로는, 조성물은 입자중의 미량 영양소를 일시적으로 밀폐시키고(시키거나) 공급 기질로부터 주위의 수역까지 미량 영양소의 저속 방출을 제공하는 수용성 작용제를 추가로 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은 물에 부유하는, 화학적 불활성, 비교적 수 불용성 입자를 포함하는 기질 물질을, 1 종 이상의 광합성 식물성 플랑크톤 미량 영양소 공급원인 1 종 이상의 화합물의 수용액 또는 분산액을 혼합하고 그로 함침하는 단계를 포함하는, 물에 부유하는 미량 영양소 공급원 함유 조성물의 제조 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 담수 또는 염수역, 예를 들면 호수, 만, 걸프 또는 대양에 미량 영양소 공급원 함유 조성물을 가하여, 대양성 플랑크톤 생물량을 증가시키는 방법 및(또는) 대기의 이산화 탄소를 감소시키는 방법을 제공한다. 대양 영역이 매우 넓은 경우, 예를 들면 적도 태평양, 북 대서양, 또는 북극 또는 남극 지역의 경우에 있어서는, 대기 이산화 탄소의 감소의 효과가 현저할 것이다. 따라서, 본 발명은, 과거의 경우 대기 이산화 탄소의 감소가 빙하기의 도래를 초래한 것과 같이, 지구 온난화를 초래할 수 있는, 대기 중의 인위적 이산화 탄소의 증가를 막을 수 있는 방법을 제공할 수 있다.
본 발명에 따른 미립자 물질은 액체 분산액으로서 수역의 표면에 가할 수 있거나, 자유 유동 입자로서 수역에 먼저 건조시킨 다음 가할 수 있다. 임의로는, 일시적으로 미량 영양소 공급원 화합물을 밀폐하고(하거나) 기질로의 내구적인 접착을 촉진시키거나 대양으로의 저속 방출을 촉진시키는 1 종 이상의 수용성 작용제를 기질과 혼합하기 전에 미량 영양소 함유 용액 또는 분산액에 첨가할 수 있다. 별법으로는, 이러한 작용제를 건조후에 미립자 생성물에 가할 수 있다.
본 발명의 추가의 목적은, 목적하는 용도에서 환경에 부정적인 영향을 미치지 않는 저가의, 풍부한 물질로 된 물에 부유하는 미량 영양소 공급원 함유 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 추가의 목적은, 수역중에서 플랑크톤의 생장을 촉진시키고, 환경적인 이유로 이의 생물학적양을 증가시키고(시키거나) 인간이 소비하기 위한 해양 또는 식용 식료의 생산을 증가시키는 것이다.
본 발명의 추가의 목적은, 광합성 생장을 충분하게 큰 규모로 촉진시켜 지구의 대기 이산화 탄소를 감소시키는 것이다.
본 발명은 부유성 입자 형태의 미량 영양소 공급원을 함유하는 물질에 관한 것이다. 본 발명은 또한 이러한 물질의 제조 방법 및 대양 또는 다른 수역의 미량 영양소 결핍 지역에서 광합성 식물성 플랑크톤의 생장을 촉진시키기 위한 이들의 용도에 관한 것이다.
본 발명은 광합성 생장을 위한 미량 영양소 공급원을 제공한다. 물에 부유하는 물질중에 함유된 미량 영양소 공급원은 미량 영양소를 보다 점진적이고 광합성에 완전하게 이용되도록 한다.
더욱 구체적으로는, 본 발명은 광합성 식물성 플랑크톤의 생장을 위한 미량 영양소 공급원을 포함하는 물에 부유하는 인공 조성물을 제공한다. 바람직하게는, 조성물은 미량 영양소 공급원을 지지하기 위한 물에 부유하는, 화학적 불활성, 비교적 수 불용성, 내마모성 미립자 기질을 추가로 포함한다. 미량 영양소 공급원은생물학적으로 이용가능한 형태이거나 사용시 주된 환경 조건하에서 즉시 생물학적으로 이용가능하게 되는 형태의 화합물 또는 화합물의 혼합물이다. 본 발명의 부유성 조성물의 주요한 목적은 수역의 공기/물 경계면 부근에서 광합성 미량 영양소 공급원의 효과적이고 지속적인 공급을 촉진시키기 위한 것이다. 본 발명의 주 점은, 세계 대양의 주요 부분에서 명백하게 필요한, 미량 영양소로서의 철(Fe) 공급에 관한 것이다. 그럼에도 불구하고, 다른 필수 원소성 영양소, 예를 들면 코발트, 망간 및 아연(Martin 등의 Deep Sea Res., 36. 666-667, 1989. 참조)이 물에 부유하는 조성물 중에 단독으로 또는 다른 미량 영양소와의 배합물로써 마찬가지로 함유될 수 있다.
"물에 부유하는"은 상당한 기간 동안 물위에 떠있을 수 있는 능력을 의미한다. 이러한 물질은 통상적으로 담수의 경우에는 1000 kg/m3미만의 밀도를 갖고, 해수의 경우에는 1030 kg/m3미만의 밀도를 갖는다.
"미량 영양소" 또는 "원소성 미량 영양소"라는 용어는 식물성 플랑크톤의 생장을 위한 극 미량의 필수적인 원소를 의미한다. 예를 들면, 철(Fe)은 탄소 및 질소 대사작용에 있어서 중요한 작용을 하고, 엽록소 합성 및 질산염의 환원에 필요하다. 다른 미량 영양소는 Co, Mn 및 Zn을 포함한다. 예를 들면, 코발트는 비타민 B12의 합성에 필요하고, 망간은 효소 활성화에 필수적이다. 그러나, 바람직한 영양소는 단독으로 또는 다른 영양소와 결합된 철이다. 비교적 작은 수역, 예를 들면 호수 및 만의 경우에 있어서, 본 발명의 물질 또는 조성물중에 식물성 플랑크톤 영양소, 예를 들면 인산염 또는 질산염을 포함하는 것이 바람직할 수도 있다.
"미량 영양소 공급원"은 생물학적으로 이용가능한 형태로 또는 사용시 생물학적으로 이용가능한 형태로 전환될 수 있는 형태의, 식물성 플랑크톤의 생장을 위한 1 종 이상의 필수 원소성 미량 영양소를 제공하는 1 종 이상의 금속의 화합물을 의미한다.
"생물학적 이용가능성"은 식물성 플랑크톤에 의한 광합성 생장 과정중에 이용될 수 있는 형태를 의미한다.
기질이, "비교적 불용성"이라 함은, 기질이 미량 영양소를 방출하는 동안 대부분 불용성으로 남아 있는 것을 의미한다. 기질은 결과적으로 장기간에 걸쳐 태양 및 자연적으로 발생하는 화학 물질에 노출됨으로써, 분해되고(되거나) 용해된다.
"기질"은 미량 영양소 공급원 없이 제조된, 청구된 조성물의 부유성 물질을 의미한다.
본 발명의 물에 부유하는 조성물은 다양한 방법으로 제조될 수 있고, 이들 중 몇가지는 본 명세서의 실시예를 참조하여 당업계의 숙련자들에게는 자명할 것이다. 본 출원인들은 다음에 상술한 방법 및 실시예가 단지 예시를 위한 것이고 본 발명의 범위를 제한하는 것이 아니라는 것을 강조하고 싶다.
이 물질의 바람직한 제조 공정은 미량 영양소 공급원이 물에 부유하는 입자들의 기질상에 지지되어 있는 입자들의 수성 분산액을 제공하기 위하여, 물에 부유하는, 화학적 불활성, 비교적 수 불용성의 미립자 기질 물질과, 광합성 생장을 위한 1 종 이상의 미량 영양소 공급원인 1 종 이상의 화합물의 수용액 또는 수성 분산액을 혼합하는 것이다.
본 발명 입자들의 수성 분산액은 수역 표면에 "현상대로" 가하거나, 자유 흐름 입자로 건조시켜 물에 가할 수 있다. 임의로는, 미량 영양소 공급원 화합물을 밀폐하고(하거나) 기질에 대한 미량 영양소 공급원 화합물의 내구적 접착을 촉진시키고(시키거나) 미량 영양소 공급원 화합물의 저속 방출을 일으키는 1 종 이상의 수용성 작용제를 기질과 혼합하기 전에 미량 영양소 공급원 함유 용액 또는 분산액에 가하거나, 건조시킨 후에 미립자 생성물에 가할 수 있다.
바람직한 물에 부유하는, 수 불용성 기질은 저가로서, 풍부하고, 화학적으로 불활성인 물질, 예를 들면 미분쇄 중합체 발포체 물질, 플라이 애쉬(석탄의 연소로 생성된 전기적 유용물) 및 이로부터 유도된 물질, 중공 유리 입자, 나무로부터의 셀룰로오스 물질, 또는 다른 저가의 물에 부유하는 입자들이다. "유리"라는 용어는 투명하거나 투명하지 않을 수 있는, 무정형, 강성, 무기 고체를 의미한다. 본 발명에 따른 생성물은 1 중량 톤 이상의 상업적인 양으로 생산하는 것이 바람직하다. 대양 영역의 조절에 있어서, 사용되는 물질의 총량은, 물론 매우 클 수 있고, 수 평방 마일 영역에 생물학적으로 이용가능한 철을 제공할 수도 있다. 본 발명에 따른 입자는, 예를 들면 바지선 또는 수송기로부터 이들을 방출 또는 블로우잉시켜 수역으로 분산시킬 수 있다.
문헌(Martin, J. H.의 Discover, p. 55-61, 1991.4. 참조)에서는, 6 개월의 생장 기간에 걸쳐 남극해에 철 300,000 중량 톤(3×108kg)을 살포한다면, 생성된 식물성 플랑크톤이 대기중의 이산화 탄소 약 7.4×1012kg으로부터 유도된 탄소 2×1012kg을 유기 물질로 전환시킬 수 있다는 것을 계산하였다. 이는 매년 전세계의 자동차 및 발전소에서 방출하는 CO2양의 약 삼분의 일에 해당하는 것이다. 따라서, 본 발명에 의한 경우, 사람들에 의해 대기로 방출되는 현재의 이산화 탄소 수준을, 완전하게 변화시킬 수는 없겠지만, 현저하게 개선할 수는 있을 것이다.
적당한 물에 부유하는 중합체 발포체 물질은 폴리스티렌, 폴리우레탄, 폴리에스테르, 폴리비닐 알콜, 우레아/포름알데히드, 폴리(락티드) 등으로부터 제조된 발포체를 포함하나, 이에 제한되지는 않는다. 이러한 발포체 물질은 표면적을 증가시키고, 사용중에 실질적으로 더욱 빠르게 분해되기 위하여 미분쇄되어야 한다.
상기에 언급한 바와 같이, 바람직한 미량 영양소는 철이다. 적당한 철의 공급원은 저가이며, 풍부한 제1철 또는 제2철 화합물, 예를 들면 원소성 철, 황산 제1철, 황산 암모늄 제1철, 황산 제2철, 염화 제1철, 염화 제2철, 질산 제2철, 질산 제1철, 철 산화물, 철 수산화물, 옥시클로라이드와 같은 아산화 철, 예를 들면 인산 철, 규산 철, 알루민산 철, 알루미늄규산 철 및 티탄산 철과 같은 철 함유 금속 산화물을 포함하나, 이에 제한되지는 않는다. 철(Ⅲ) 형태의 철 및 특히 수산화 Fe(Ⅲ) 종류가 바람직하다.
물에 부유하는 기질로서 영양소 화합물의 흡착력을 개선하기 위한 적당한 수용성 작용제는 유기 수용성 중합체, 예를 들면 폴리(비닐 알콜), 폴리(아크릴산), 폴리(메타크릴산), 메틸 셀룰로오스, 히드록시메틸 셀룰로오스, 폴리(N-비닐 피롤리돈), 폴리(아크릴아미드), 폴리(메타크릴아미드), 폴리(에틸렌 옥시드), 젤라틴, 천연 검, 무기 수용성 중합체, 예를 들면 나트륨 폴리(실리케이트)를 포함하나, 이에 제한되지는 않는다. 천연 검은 구아(guar), 아가 아가(agar agar), 로커스트 빈(locust bean) 및 카라기닌(carrageenin)으로부터 유도된 점액질 검이다.
미량 영양소 공급원 함유 입자들의 수성 분산액은, 바람직하게는 공기중에서 승온, 예를 들면 약 20 ℃ 내지 130 ℃ 또는그 보다 높은 온도의 승온에서 건조될 수 있다.
이 방법의 실시에 있어서, 물에 부유하는 조성물의 성분을 상이한 순서로 첨가할 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 임의로는, 수용성 흡착 촉진제를 1 종 이상의 미량 영양소 공급원 화합물과 혼합하기 전, 혼합하는 동안, 또는 혼합한 후에 물에 부유하는 기질에 첨가할 수 있다. 그러나, 본 출원인은 부유성 기질로의 미량 영양소 공급원 화합물의 주입은 본 명세서에 기술된 순서에 따라 물질을 첨가할 때 더욱 효과적이라는 것을 발견하였다. 하기의 실시예 3에서 보이는 바와 같이, 예를 들면 접착 촉진제를 첨가하기 전에 기질과 미량 영양소 용액을 완전히 혼합하였을 경우, 기질과 접착 촉진제를 혼합한 후에 미량 영양소 용액을 첨가하는 경우 보다 더 많은 철이 기질에 접착되게 된다. 다른 첨가 순서를 포함하는 덜 바람직한 방법이라도 본 발명의 범위내에 있다.
본 발명에 따른 물질의 제조 방법에 대한 바람직한 태양에 있어서, 기질을 미량 영양소 공급원 화합물과 혼합하여 그로 함침시킨 후, 기질 상 또는 기질 내에 철을 침전시키는 염기, 예를 들면 수산화 나트륨, 또는 바람직하게는 나트륨 폴리실리케이트 수용액을 첨가한다. 이 공정은 기질에 내구적으로 접착되고 기질상에 지지되는 철 화합물의 양을 증가시킨다. 또한, 수용성 접착 촉진제가 염기 용액중에 포함될 수도 있다. 각각 염기 및 접착 촉진제로서 작용하는 나트륨 폴리실리케이트가 바람직하다. 새로 제조된 철 함유 조성물은, 특히 제2철 화합물이 사용되는 경우 산화 과정에 기인하여 어두운 색깔을 띄게될 수 있다는 것이 주목된다. 그러나, 이러한 산화 공정은 본 발명의 효과에 불리하게 작용하지는 않는다.
본 발명에 따른 입자는, 적당하게는 평균 최장 길이가 10 mm 이상인 경우, 길이에 수직한 평균 최장 단면 길이가 평균 최장 길이의 10 %를 넘지 않는, 평균 최장 길이 약 0.001 내지 약 100 mm의 범위를 갖는다. (이러한 조건은 종횡비, 즉 길이에 수직한 최장 단면 길이에 의해 나누어진 최장 길이으로서 정의되는 평균 종횡비가 10 보다 커야 한다는 것과 동일한 것이다) 이 조건은 리본 및 실 같은 모양의 것을 포함하는 섬유 형태의 입자에 관한 것이다. 적당한 섬유상 물질은, 예를 들면 그래스(grass) 또는, 압출된 중합체를 포함할 것이다.
본 발명의 하나의 태양에 있어서, 입자들은 평균 최장 길이 약 0.001 내지 약 10 mm, 바람직하게는 약 0.1 내지 약 5 mm를 갖는다. 분말을 포함하는, 이러한 입자들은 다양한 형태, 예를 들면 구형, 타원형, 팬케이크형, 직사각형, 정사각형, 원통형, 원뿔형 또는 불규칙적인 모양과 같이 다양한 형태일 수 있다.
본 발명에 따른 조성물중의 미량 영양소의 농도에 대한 하한 또는 상한은 특정 수역, 1년 중 사용시기, 및 목적하는 결과에 따라서 다양할 수 있다. 광합성을 위한 미량 영양소 요구량은 매우 작을 것이라고 이해되어질 것이다. 조성물은 통상적으로 원소성 미량 영양소 약 0.01 중량% 이상, 바람직하게는 약 1 중량% 이상, 아주 바람직하게는 약 10 중량% 이상을 함유한다. 실제로 상은 약 90 중량%까지 높을 수 있다.
단지 나노몰(109M) 농도의 생물학적으로 이용가능한 철을, 예를 들면 적도 부근의 태평양 HNLC 지역에 공급할 필요가 있다. 대양성 플랑크톤의 Fe:C 비율을 기준으로 하여, 적도 태평양에서의 철의 생물학적 요구량이 0.2 pmol Fe L-1h-1이라는 것이 계산되었다. 따라서, 적도 태평양의 상위 10 m중의 공급을 25 pmol Fe L-1h-1이상이 아마도 생물학적 요구량을 초과함에 반하여, 공급율 0.01 pmol Fe L-1h-1은 아마도 목적하거나 최적 생장을 위해 충분할 것이다. 최소 및 최적 요구량은 다른 수역, 예를 들면 대서양에서는 다를 수 있다. 어떠한 경우에 있어서도, 본 발명의 미립자 조성물은 전형적으로는, 장 기간에 걸쳐, 목적하는 길이에 필요한 생물학적 생장에 충분한 생물학적으로 이용가능한 철을 공급할 수 있다. 비교적 넓은 대양 영역이라도 실제적으로 본 발명에 따라서 충분한 미량 영양소를 공급할 수 있다.
생물학적 생장 필요량을 제공하기 위하여, 미량 영양소 공급원은 평균적으로 1 주일 이상, 더욱 바람직하게는 1 개월 이상, 가장 바람직하게는 수 개월 내지 약 1 년 이상 동안에 걸쳐 방출된다.
물에 부유하는 기질을 이용하는 것이 바람직하다. 그러나, 미량 영양소 공급원 화합물, 예를 들면 철 화합물은 별도로 물에 부유하는 기질을 사용하지 않고 물에 부유하는 입자들로 전환될 수 있다는 사실이 발견되었다(실시예 1A, 6 참조). 예를 들면, 1 종 이상의 미립자 철 화합물은 나트륨 폴리실리케이트 수용액(또는 폴리실리케이트의 혼합물 또는 수산화 염기 또는 수용성 중합체를 갖는 탄산염)과 같은 실링제와 혼합되고 코팅되고 캡슐화된 후, 건조될 수 있다. 수산화물은, 예를 들면 수산화 나트륨이다. 탄산염은, 예를 들면 탄산 나트륨 또는 탄산 칼슘을 포함한다. 별법으로는(실시예 6에서와 같이), 또한 알킬리 금속 탄산염, 알칼리 토 금속 탄산염, 또는 알칼리 금속 중탄산염을 임의로 함유하는, 철 화합물과 폴리실리케이트의 수성 혼합물을 건조시켜 대부분의 물을 제거한 후, 고온(예를 들면, 멕커 버너)에서 가열하여 부유성 입자들로 전환시킬 수 있다.
상기 건조 단계가 사전에 수행되는 경우, 1,000 ℃ 이상에서 입자들을 추가로 융합시켜, 입자들의 표면을 일시적으로 밀폐하기 위하여 상기 실링제로 코팅된 자유 유동성의, 물에 부유하는 입자들을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 조성물은 규조류, 코코리토포리드(coccolithophorids), (choanoflagellates), 피코-유칼리오테스(pico-eukaryotes), 시아노박테리아(cyanobacteria), 프로클로로피테스(prochlorophytes), 오토트로픽 디노플라겔라테스(autotropic dinoflagellates), 예를 들면, 시네코시스티스(Synechocystis), 듀날리엘라테리토렉타(Dunaliella tertiolecta), 시네코코쿠스(Synechococcus), 샤페로칼립트라파필리페라(Shaperocalyptra papillifera), 에밀리아나 훅셀레이(Emiliana huxleyi), 니츠쉬아에스피(Nitzschia sp), 카에토세로스 아틀란티쿠스(Chaetoceros atlanticus), 메른고스파에라 메디텔라네아(Merngosphaera mediterranea)를 포함하나 이에 제한되지는 않는 다양한 종류의 식물성 플랑크톤의 광합성 생장을 촉진시키는데 유용하다. 플랑크톤의 생장 증가는 먹이 사슬에 따른 다른 생물 자원의 생장에 기여할 수 있다. 예를 들면, 플랑크톤은 물개, 펭귄 및 고래 뿐만아니라, 관련된 어류의 먹이인 방대한 양의 크릴 새우 및 다른 해양 생물에 공급된다.
하기의 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로, 이를 제한하기 위한 것은 아니다. 표 1 및 2에 제시된 데이터는 본 발명의 물에 부유하는, 미량 영양소 함유, 미립자 조성물이 각각 담수 및 해수 환경에서 수일에 걸쳐 광합성 식물성 플랑크톤의 생장을 효과적으로 촉진시킨다는 사실, 및 조성물은 통상의 철 함유 매질중의 생장에 있어서 해로운 효과를 지니지 않는 다는 사실을 나타낸다.
미량 영양소 공급원으로서 부유성, 철 함유 조성물의 효능을 시험하기 위한 일반적인 공정
담수 시아노박테리아, 시네코시스티스 PCC6803(프랑스 파리의 파스퇴르 연구소의 시아노박테리아 배양 콜렉션으로부터), 및 해양(해수) 녹조류 듀나리엘라 털트로렉타를 그들의 개별적인 생장 매질 BG 11 및 인공 해수(ASW)상에서 각 매질에 철이 결핍된 것을 제외하고, 하기한 바와 같이 배양하였다. 배양액을 영영소 철을 함유하는 통상적인 BG 11 및 ASW 생장 매질중의 대조군보다 더 서서히 생장한다는 것이 명백할 때까지 연속적으로 희석하였다. 이어서 철이 결핍된 세포를, 하기에기술한 바와 같이 철이 고갈된 매질과 통상의 철을 함유한 매질에 주입하였다. 이어서 각 주입된 매질 세트를 본 발명의 물에 부유하는, 철이 주입된 조성물에 노출시키고, 상기 조성물에 노출시키지 않은 대조군과 비교 연구하였다.
본 발명의 다양한 조성물을 0.1 내지 1.0 mg의 중량으로 튜브(내경 100 mm ×11.5 mm)에 놓고, 상기에서 제조한 바와 같이 철이 결핍된 것이나 통상적으로 철이 공급된 배양액을 총 부피 2.5 mL까지 주입하였다. 튜브는 유리(시네크로시스티스) 또는 플라스틱이었다. 세포를 스피닝 휠상의 튜브에 놓아 배양하고, 배양물로 혼합 및 포화시키고, 10 내지 20 w/mZ의 형광선으로 균일하게 조사하였다. 튜브를 30 ℃에서 유지하고 730 nm에서 광학 밀도를 측정하였다.
액체 BG 11 문헌(R. Rippka 등의 J. Gen. Microbiol., 111, 1, 1979)에 의하여 제조된 농축 담수 생장 매질:
1M N 트리스(히드록시메틸)메틸 2 아미노에탄 술폰산 KOH, pH 8.2, 5 mL;
BG FPC*, 10 mL;
구연산 암모늄 제2철, 6 mg(이온 결핍 매질로부터 제거된);
탄산 나트륨, 20 mg;
일수소화 인산 칼륨, 30.5 mg;
물, 총 1 L까지;
45 분 동안 오토클래이브에서 흔들어 재현탁시킨 침전 발포체. 영양소 공급이 필요한 경우, 1 M 글루코오스 용액 5 mL/L를 첨가하였다.
*BG FPC:
NaNO3, 149.58 g/L;
MgSO4ㆍ7H2O, 7.49 g/L;
CaCl2ㆍ2H2O, 3.60 g/L;
시트르산, 0.60 g/L;
NaEDTA pH 8.0, 0.025 M, 1.12 mL;
또는
EDTA pH 7.5, 0.2 M, 1.40 mL;
미량 미네랄(청정)**, 100 mL;
H2O, 1 L 까지;
**미량 미네랄:
H3BO3, 2.8 g/L;
MnCl2ㆍ4H2O, 1.81 g/L;
ZnSO4ㆍ7H2O, 0.222 g/L;
Na2MoO4ㆍ2H2O, 0.390 g/L;
CuSO4ㆍ5H2O, 0.079 g/L;
Co(NO3)2ㆍ6H2O, 0.0494 g/L;
H2O, 1 L 까지.
인공 해수. 다음의 인공 해수 조성물(ASW)을 문헌(Goldman 등의 Limnol & Oceanorg., 23, 695 (1978) 및 McLachlan의 Can J. Microbiol., 10, 769 (1964))에 따라 제조하였다.
NaCl, 23.4 g;
MgSO4ㆍ7H2O, 4.9 g;
CaCl2ㆍ2H2O, 1.11 g;
KBr, 0.2 g;
KCl, 0.75 g;
MgCl2ㆍ6H2O, 1 g;
H3BO3, 0.0124 g;
NaNO3, 0.075 g;
비타민 혼합물*, 2 차 원료의 4 mL
트리스-(히드록시메틸)아미노메탄, 원료 용액**의 1 mL
미량 금속***(비철금속), 원료 용액의 1 mL
NaH2PO4ㆍH2O, 5 g
셀렌산, 10 μM 용액 1 mL
증류수 1 L 까지
*비타민 혼합물:
1차 원료:
증류수 10 mL중의 비오틴(0.1 N NaOH 1 방울/mg에 용해된) 10 mg
증류수 10 mL중의 B1210 mg
2차 원료:
비오틴 및 B121차 원료 각 1 mL
증류수 900 mL
티아민 HCl 200 mg
증류수 1 L까지
**트리스-(히드록시메틸)아미노메탄 원료 용액:
트리스-(히드록시메틸)아미노메탄 50 g
10 M HCl 20-30 mL
pH 적정 7.1-7.3
증류수 200 mL까지
***미량 금속
CuSO4ㆍ5H2O 980 mg
ZnSO4ㆍ7H2O 2.2 g
CoCl2ㆍ6H2O 1.0 g
MnCl2ㆍ4H2O 18.0 g
Na2MoO4ㆍ2H2O 630 mg
증류수 100 mL까지
철을 함유하는 인공 해수를 위하여, 리터 당 Na2EDTA 0.186 g 및 FeCl3ㆍ6H2O 0.135 g을 함유하는 원료 용액을 인공 해수 조성물중에 포함시킨다.
실시예에서는, 별다른 지시가 없으면 중량%를 사용하고 온도는 ℃를 사용한다.
＜실시예 1＞
1A. 엘바놀(상표명) 50-42(Elvanol 50-42, DuPont 시판) 폴리(비닐 알콜) 2.5 g을 함유하는 물 25 mL중의 염화 제1철 용액(FeCl2ㆍ4H2O) 5 g을 물 20 mL중의 나트륨 폴리실리케이트 용액(Na2Oㆍ6SiO2; 14 % NaOH, 27 % SiO2)에 첨가하였다. 얻어진 암녹색 침전물은 산화에 의하여 서서히 검은 색으로 변하였다. 5 시간 후, 약간의 침전물 입자들을 건조시켰다. 건조된 입자들을 물로 재도입시키는 경우, 이들은 부유되었고, 1 개월 이상 동안 평온한 물중에 부유된 후에도 그대로 남아 있었다. 이 실험은 개별의 부유성 기질은 중요치 않다는 사실을 보여준다. 그러나, 수득된 미량 영양소 공급원이 초기부터 기질에 혼입된 부유성 입자의 양은 본 발명중에서 개별적으로 이용가능한 미립자 기질의 양과 비교할 때 작은 양이다.
1B. 중공 유리 입자(Emerson & Cumming, Ins., TF-15 형 ECCO(상표명) 구체) 0.4 g을 초기의 염화 제1철/폴리(비닐 알콜) 용액중에 놓는 것을 제외하고 실시예 1A를 반복하였다. 나트륨 폴리실리케이트 용액을 첨가한 후, 상기와 같이 유사한 침전물을 얻었고, 이들 대부분은 부유 유리 입자에 부착되어 남았다. 건조 후에, 어두운 색으로 코팅된 입자를 물위로 부유시키고 물위에서 1 개월이상 유지시켰다.
폴리(비닐 알콜)을 제외하고 실시예 1B를 반복하는 경우, 산화되고, 건조된 입자들이 잔존하였으나 서서히 물속으로 분해되었다.
＜실시예 2＞
2A. 물 75 mL중의 FeSO4ㆍ7H2O 15 g과 2 중량% 수성 폴리(아크릴산)(분자량 2,000,000) 75 mL로 구성된 용액 5 mL를 20 % 수성 나트륨 폴리실리케이트(Na2Oㆍ2ㆍ6SiO2; 14 % NaOH, 27 % SiO2) 20 mL중에서 에코(상표명) 중공 유리 입자 현탁액 5 mL와 격렬하게 혼합하였다. 철 함유 화합물이 침전되었고, 이들 대부분은 유리 입자에 부착되어 있었다. 침전물은 초기에는 암녹색이었고, 산화되어 서서히 검게 변하였다. 5 분 동안 놓아둔 후, 혼합물을 둥근 병중에서 118 mL까지 희석하였다. 본질적으로 모든 고체는 부유되었고, 단지 미량의 고체만이 침전되었다. 병을 회전 롤에 놓고 30 시간 동안 2 rev/sec로 회전시켰다. 회전시킨지 1 주일 후에도 단지 미량의 침전과 함께 고도로 착색된 철 화합물 부유되어 남았다.
2B. 폴리(아크릴산) 용액을 메틸 셀룰로오스 수용액 1 중량%로 대치하는 것을 제외하고 실시예 1A를 반복하였다. 매우 미분쇄된 침전물을 얻었고, 이들은 주로 부유 유리 입자에 부착되어 있었다. 그러나, 실시예 2A에 기술된 바와 같이 혼합물을 30 시간 동안 회전시킨 경우, 불용성 철 화합물이 부유성 유리 입자로부터 방출되었고 병의 바닥에 침전되었다. 이는 부유성 유리 입자들로부터 철 화합물을 분리해낼 수 있다는 것을 예시한다.
2C. 실시예 2A의 폴리(아크릴산) 또는 실시예 2B의 메틸 셀룰로오스를 생략하는 경우, 대부분의 철 함유 고체는 병 바닥에 침전되었다. 유리 입자들은 황녹색으로 얼룩졌고, 이는 약간의 철 화합물이 여전히 부착되어 있다는 것을 지시한다.
2D. 폴리(아크릴산)을 엘바놀(상표명) 50-42 폴리(비닐 알콜) 수용액 10 중량%로 대치하고 중공 유리 입자들을 황산 제1철/폴리(비닐 알콜) 혼합물에 직접 첨가(나트륨 폴리실리케이트 없이)하는 것을 제외하고 실시예 2A를 반복하였다. 철 화합물이 침전되었고, 많은 침전물이 유리 입자에 부착되어 남았다. 흔들어준 후, 20 % 나트륨 폴리실리케이트 용액을 첨가하였다. 대부분의 철 화합물이 부유 입자에 부착되어 남았으나, 현저한 양의 비부유성 철 함유 물질이 침전물로서 존재하였다. 둥근 병중의 물에서 1 일 동안 회전시키고, 1 개월 간 놓아둔 후에도, 대략 동일한 양의 철 함유 물질이 부유 입자에 부착되어 남았다.
＜실시예 3＞
이 실시예는 성분들이 혼합되는 순서가 침전된 철 함유 화합물의 부유성에 어떻게 효과를 미치는가에 대하여 예시한다.
3A. 물 20 mL중의 중공 유리 입자(플라이 애쉬로 부터의 PQ 익스텐도스피어(상표명)) 현탁액 10 mL와 0.84 M 수성 염화 제2철 5 mL를 둥근 병에서 흔들어 섞고 5 분 동안 숙성시켰다. 이어서 나트륨 폴리실리케이트 용액(Na2Oㆍ2ㆍ6SiO2; 14 % NaOH, 27 % SiO2) 3 mL를 첨가하고, 혼합물을 흔들고 물로 100 mL까지 희석하였다. 1 시간 후, 모든 고체는 부유되었고, 침전된 철 화합물은 부유성 유리 구체에 부착되어 남았다.
3B. 물 20 mL중의 중공 유리 입자(PQ 익텐도스피어(상표명)) 10 mL와 나트륨 폴리실리케이트 용액(Na2Oㆍ2.6H2O; 14 % NaOH, 27 % SiO2) 3 mL를 둥근 병에서 흔들어 섞고, 5 분 동안 숙성시켰다. 이어서 0.84 M 염화 제2철 수용액 5 mL를 첨가하고 혼합물을 흔들고 물로 100 mL까지 희석하였다. 1 시간 후, 큰 부분의 침전된 철 함유 화합물이 바닥에 침전되었다. 부유 중공 입자들은 대부분 철 화합물을 보유하지 않았다.
에코(상표명) 구체를 익스텐도스피어(상표명) 입자들로 치환한 경우 동일한 결과을 얻었다.
＜실시예 4＞
이 실시예는 철 화합물에 부유성을 제공하는 중합체 발포체의 용도에 대하여 예시한다. 중합체는 태양광 및 공기에 노출되는 경우 산화적으로 분해되도록 디자인되었기 때문에 분해율은 작고 큰 표면 길이의 발포체 입자를 사용함으로써 증가할 것이다.
폴리스티렌 발포체 포장재(땅콩 모양)를 영양소 혼합기에서 약 1 내지 약 5 mm의 입자 크기로 축소시켰다. 입자들은 초기에는 방수였으나 물과 함께 흔들준 경우 흡습성이 되었다. 이들은 부유성 및 불용성으로 남았다.
4A. 상기와 같이 제조한, 폴리스티렌 발포체 입자들을 입자들이 용액으로 코팅될 때까지 물중에서 10 % 염화 제2철 용액으로 교반하였다. 공기중의 90 ℃에서 건조시킨 후에는, 코팅된 입자들은 암갈색이었고 부유되었다. 가용성 철 염이 부유 발포체 입자들로부터 서서히 방출되었다. 갈색은 부분적으로 가용성이고, 불용성 산화 제2철로 점진적으로 가수분해되는 산염화 제2철의 형성에 기인한 것으로 여겨진다. 장기간의 중합체의 광산화 분해 및 산화 철의 점진적인 방출은 수표면상에서 발생할 것이라고 예상된다.
4B. 암갈색 착색의 증가와 더불어 철로 코팅된 폴리스티렌 입자들을 건조시킨 후 5 % 수성 수산화 나트륨으로 처리하여 산염화 제2철을 빠르게 산화 제2철로 전환시키는 것을 제외하고, 실시예 4A를 반복하였다. 입자들은 적은 양의 갈색 산화 제2철 침전물로부터 분리된, 부유성이었다.
4C. 수산화 나트륨을 나트륨 폴리실리케이트(Na2Oㆍ2.6SiO2; 14 % NaOH, 27 % SiO2)로 대체하는 것을 제외하고 실시예 4A를 반복하였다. 부유 발포체 입자들은 암갈색이 되었고 최소 양의 철 및 실리카 침전물이 존재하였다.
4D. 폴리스티렌을 PQ 익스텐도스피어(상표명) 입자들(중공 유리 입자들)로 대체하는 것을 제외하고 실시예 4A를 반복하였다. 아주 충분한 양의 10 % 염화 제2철 수용액을 사용하여 입자들을 습윤시킨 후, 110 ℃에서 건조하였다. 약간의 염화 철로 코팅된 입자들이 융합되었으나 부드러운 마찰로 쉽게 분리되었다. 코팅된 입자들은 물위로 부유되고 대부분의 코팅은 유지되었고, 단지 미량의 철만이 침전되었다.
실시예 4B에서와 같이 수산화 나트륨으로 처리한 경우, 구체들은 침전된 철 화합물로 코팅되어 남아있었으나, 부착되지 않고 침전된 철의 양은 증가되었다. 수산화 나트륨 대신 나트륨 폴리실리케이트를 사용하여 유사한 결과를 얻었다.
＜실시예 5＞
이 실시예에서는, 폴리스티렌 발포체 입자들은 분말화된 산화 제2철로 채워지고, 실시예 5A의 경우를 제외하고 접착 촉진제로 코팅된 기공을 가졌다.
5A. 물 10 mL, 분말화된 폴리스티렌 발포체 0.2 g, 염화 제2철 분말 0.1 g을 혼합하고 과량의 물을 제거하였다. 혼합물을 60 ℃에서 건조하였다. 약간의 건조된 혼합물을 물과 재혼합하고 흔들었다. 다량의 적색 염화 제2철이 침전물로서 침전되었으나, 부유된, 다공성 적색의 중합체 입자들은 실질적인 양의 염화 제2철을 보유하였다.
5B. 초기의 물이 나트륨 폴리실리케이트(Na2Oㆍ2.6SiO2; 14 % NaOH, 27 % SiO2) 용액 1 g을 함유하는 것을 제외하고, 실시예 5A를 반복하였다. 적색 산화 제2철 부분은 침전되었고, 나머지 부분은 실시예 5A에서와 같이 폴리스티렌 발포체 입자들에 부착되었으나, 이 경우에도 약간의 염화 제2철이 액상중에 분산되어 있었다.
5C. 나트륨 폴리실리케이트를 폴리(비닐 알콜)(물 5 mL, 5 % 엘바놀(상표명) 50 42 5 mL)로 대체하는 것을 제외하고 실시예 5A를 반복하였다. 생성물은 산화 제2철이 발포체 입자들상에 존재하고, 액체 및 침전물중에 분산되었다는 점에서 실시예 4B에서와 유사하였다.
5D. 폴리(비닐 알콜)(물 5 mL, 5 % 엘바놀(상표명) 50-42 5 mL) 뿐만아니라, 나트륨 폴리실리케이트를 첨가하는 것을 제외하고 실시예 5B를 반복하였다. 생성물은 실시예 5C의 것과 매우 유사하였다.
5E. 각각의 상기 실시예로부터의 부유 물질을 개별적으로 둥근 병에 놓고 물을 첨가하였다. 이어서 네 개의 병을 로울러 상에 놓고 22 시간 동안 회전시켰다. 회전시킨 후에, 각 병중의 발포체 입자들은 부분적으로 분해되었고 약간의 산화 제2철이 방출되어 수상 중에 분산되었다. 1 개월 동안 놓아둔 후에도 추가의 변화를 발견하지 못하였다.
＜실시예 6＞
이 실시예에서는, 나트륨 폴리실리케이트와 산화 제2철의 고체 혼합물을 미립자, 부유성, 저밀도 유리 조성물로 전환하였다.
산화 제2철 분말(Fisher Scientific의 적색, 무수물) 20 g과 규산 나트륨(Aldrich, 물중의 Na2Oㆍ6SiO2) 150 g을 균일한 분산액이 얻어질때까지 영양소 혼합기중에서 혼합하였다. 분산액을 결정화 접시에 따르고, 120℃ 오븐중에서건조하였다. 건조 동안, 초기에는 각 입자 주위에 단단하고, 탄력있는 실리카 표피가 형성되고, 이어서 입자들은 점진적으로 견고하고, 암적색 유리질 입자들로 전환되었다. 일부를 멕커 버너로 가열한 경우, 작은 입자들이 용융되고, 부숴지기 쉽고, 중공, 저밀도 입자들이 형성되어 물위로 부유되고 산화 제2철 입자들이 서서히 방출되었다. 교반 없이 물속에서 1 주일 동안 유지시킨 후, 비누화시키는 것과 같이 다량의 철 함유 입자들이 부유되어 남았고, 약간의 산화 철이 침전되었으며, 다른 철 함유 물질이 물속으로 분산되었다.
가열기중에서 건조된 혼합물을 가열하는 데 있어서, 프로판/산소 화염은 더욱 융합을 일으켜 결국 중공 입자들의 손실을 가져오고 약간의 산화 제2철이 환원되었다.
＜실시예 7＞
이 실시예에서는, 부유성 폴리우레탄 발포체를 사용하여 산화 제2철을 함유하는 미립자, 부유성, 저밀도 조성물을 제조하였다. 산화 제2철(2 g)을 선박용 깨지기 쉬운 물품의 포장에 통상적으로 사용되는 인스타팩(INSTAPAK)(상표명) 폴리우레탄 발포체의 제조에 사용되는 글리세린/수지 2 mL(2.55 g)중의 균일한 현탁액으로 분쇄하였다. 이 균일한 현탁액을 인스타팩(상표명) 시스템중에서 사용되는 중합체 이소시아네이트(디페닐메틸 이소시아네이트) 2 mL(2.44 g)와 상온에서 40 초 동안 빠르게 혼합하였다. 혼합물은 부서지기 쉬운 적색 다공성 구조물을 형성하였다.
7A. 시험 A에서는, 대략 1 cm 입장체 크기의 산화 제2철/폴리우레탄 발포체 조각을 상온에서 플라스크중의 고요한 물에 놓아두었다. 이 조각은 부유될 때까지물속에 서서히 침전되었다. 1 주일 후, 단지 약간의 적색 입자들이 분리되어 플라스크 바닥에 침전되었다. 벌크 발포체 시료가 부유되어 남았다.
7B. 시험 B에서는, 물 및 몇 개의 산화 제2철/폴리우레탄 합성물 1 cm 조각을 밀봉되고 터닝 롤상에 위치한 4 oz 좁은 목 병에 놓아 상온에서 1 주일 동안 회전시키는 것을 제외하고, 시험 A의 공정을 반복하였다. 단지 약간의 작은 입자들이 분리되었고 이들중 2/3가 가라앉았다. 이는, 교반된 물 중에서, 다공성 합성물이 광합성을 위한 생물학적으로 이용가능한 철을 제공하게될 작은 산화 제2철 입자들을 서서히 방출한다는 것을 나타내었다.
7C. 시험 C에서는, 영양소 혼합기중에서 초기의 산화 제2철/폴리우레탄 발포체의 부분을 분말로 분쇄하고, 분말을 물속에 놓았다. 초기에는, 대부분의 분말입자들이 부유되었으나, 3 시간 후에는, 작은 입자들이 가라앉았다. 1 주일 후, 입자들 약 2/3가 가라앉았다.
＜실시예 8＞
이 실시예에서는, 산화 제2철을 염화 제2철(FeCl2ㆍ4H2O, 1 g)로 대체하는 것을 제외하고, 실시예 7에서와 같이 부유성 이온 함유 폴리우레탄 발포체를 제조하였다. 성분들을 함께 혼합한 후, 매우 밀집된 발포체를 서서히 밤새도록 성장시켰다.
발포체는 물위로 부유되었고 철 이온은 서서히 물속으로 용해되었다. 4 일 후, 발포체가 황색으로 부유되어 남았고, 이는 발포체중에 지속적으로 철이 존재한다는 사실을 지시한다. 발포체는 사용하기 전에 입자들로 나누어져야 한다.
＜실시예 9＞
이 실시예는 이온 결핍 해수 및 담수중의 광합성 생장을 촉진시키 위해 인산 제2철을 함유하는 부유성 폴리유레탄 발포체 조성물의 제조 및 이용에 대하여 예시한다.
수소 인산 이나트륨(Na2HPO4ㆍ7H2O) 13.4 g(0.05 몰)을 물 70 mL에 용해시켜 인산 삼나트륨(Na3PO4) 용액 0.5 M을 제조한 후, 이 용액에 수산화 나트륨 2.0 g(0.05 몰)을 첨가하고, 물로 100 mL까지 희석하였다.
인산 삼나트륨 용액 40 mL를 염화 제2철 수용액 0.5 M과 혼합하였다. 혼합물을 흔들고 침전된 인산 제2철을 여과 제거하고, 물 및 메탄올로 세척하고, 최종적으로는 염화 메틸렌으로 세척하였다. 수율 : 엷은 황색 분말로서 FePO42.86 g(92 %)
인산 제2철 분말(1.5 g)을 모르타르중의 인스타팩(상표명) 폴리우레탄 발포체 40W(Complete Packiging, Inc 시판)의 글리세린/수지 성분 B와 혼합하고 페이스트가될 때까지 분쇄하였다. 발포체 성분의 이소시아네이트 성분 C 3 g을 모르타르에 첨가하고 막자를 사용하여 빠르게 혼합하였다. 3 분 후, 엷은 황색의 건조 개방 기공 발포체 150 mL가 형성되었다. 발포체(31 F)의 중량은 7.5 g이었고, FePO420%를 함유한다고 밝혀졌다.
31 F 1 g을 혼합기에서 잘게 부순 후, 1 일 동안 탈이온수로 교반하였다. 발포체를 여과 제거한 후, 물에 재현탁시키고 수시로 교반하면서 5 일 동안 놓아두었다. 적은 양의 고체 물질이 침전되었다. 부유 물질을 조심스럽게 제거하고 미량 영양소 공급원으로서 시험할때까지 습하게(31 W) 저장하였다.
상기에 기술한 일반적인 공정에 따라, 부유성 발포체 조성물 31 F 및 31 W를 각각 인공 해수 및 BG 11 물 매질중에서 광합성 생장을 위한 미량 영양소 공급원으로서 시험하였다. BG 11중의 시네코시스티스의 생장에 대한 결과는 표 1에 나타내었고 인공 해수중의 듀날리엘라 테리토렉타의 생장에 대하여는 표 2에 나타내었다. 이 결과는 각각 광합성 유기체로서, 철이 공급된 매질중의 세포가 이온이 고갈된 매질에서보다 더욱 바르게 생장한다는 것을 나타낸다. 3 일 후, 세포의 밀도는 발포체 조성물 31 F 및 31 W을 함유하는 BG 11중의 시네코시스티스가 철이 공급되지 않는 BG 11중의 시네코시스티스와 비교할 때 5 배 높았다. 3 일 후, 세포의 밀도는 발포체 조성물 31 F 및 31 W을 함유하는 BG 11중의 듀나리엘라가 철이 공급되지 않는 BG 11중의 듀나리엘라와 비교하여 4 배 높았다. 이온이 고갈된 매질에 31 F 및 31 W이 공급되는 경우, 통상의, 철이 공급된 매질의 생장 지점까지 세포 생장이 촉진되었다. 즉, 생장 3 일 후, 세포 밀도는 철이 고갈된 대조군보다 3 내지 4배 높았다.
＜실시예 10＞
폴리스티렌 발포체 미립자(1.2 g)를 유리 접시중에 놓고 염화 제2철 수용액 10 중량%를 발포체 입자가 습윤해질때까지 적은 양으로 첨가하였다. 접시를 알루미늄박으로 느슨하게 덮어두고 90 ℃에서 3일 동안 건조시켰다. 건조된 발포체 조성물은 대부분 산염화 제2철이라고 여겨지는 철 화합물 2.0 g을 함유하였다.
미립자 발포체 조성물을 물속에 1 일 동안 현탁시키고, 여과하고, 물로 세척한 후, 5 일 동안 담수에 담가두었다. 부유 물질을 집적하고 건조시켰다. 입자들은 회백색(큰 입자) 내지 황갈색(작은 입자, 32 A)으로 다양하였다.
상기한 일반적인 공정에 따라서, 각각 해수 및 담수 매질중에서 광합성 생장을 위한 미량 영양소 공급원으로서 시험하였다. BG 11중의 시케코시스티스의 생장에 대한 결과는 표 1에 나타내었고 인공 해수중의 듀날리엘라 테리토렉타의 생장에 대하여는 표 2에 나타내었다. 이 결과는 각각 광합성 유기체로서, 철이 공급된 매질중의 세포가 철이 고갈된 매질에서보다 더욱 빠르게 생장한다는 것을 나타낸다. 3 일 후, 세포의 밀도는 실시예 9에서와 같이, 철이 고갈된 매질에서 보다 발포체 조성물 32 A의 존재하에서서 4내지 5배 높았다.
＜실시예 11＞
중공 유리 구체 5 g, 염화 제2철 1 g 및 물 10 mL을 혼합하여 중공 유리 구체(프라이 에쉬로부터의 PQ 익스텐도스피어(상표명))에 산염화 제2철에 주입하였다. 혼합물을 1 시간 동안 오븐중의 공기중에서 140 ℃까지 가열한 후, 냉각하였다. 물(200 mL)을 첨가하고 현탁액을 밤새도록 놓아두었다. 상층을 따라 제거하였다. 잔사를 여과하고, 2 시간 동안 물에 현탁시키고, 여과하고 건조하였다. 회수된 생성물의 중량은 4 g이었다. 생성물(36)을 60 매쉬 스크린에 통과시켰다. 현미경으로 관찰한 결과, 구체들은 모두 붉은 침착물로 코팅되었고, 2 또는 3개의 구체 덩어리가 나타났다.
상기한 일반적인 공정에 따라서, 실시예 9 및 10의 생성물과 함께 조성물(36)을 각각 해수 및 담수 매질중에서 광합성 생장을 위한 물에 부유하는 미량 영양소 공급원으로서 시험하였다. BG 11중의 시네코시스티스의 생장에 대한 결과는 표 1에 나타내었고 인공 해수중의 듀날리엘라 테리토렉타의 생장에 대하여는 표 2에 나타내었다. 이 결과는 각각 광합성 유기체로서, 철이 공급된 매질중의 세포가 철이 고갈된 매질에서보다 더욱 빠르게 생장한다는 것을 나타낸다. 3 일 후, 세포의 밀도는 실시예 9 및 10에서와 같이, 철이 고갈된 매질에서 보다 발포체 조성물 32 A의 존재하에서 4 내지 5배 높았다.
[표 1]

Claims (26)

  1. 광합성 식물성 플랑크톤 생장을 위한 원소성 미량 영양소 0.01 내지 90 중량%를 함유하고, 평균 최장 길이가 10 mm 이상인 경우, 길이에 수직한 평균 최장 단면 길이가 평균 최장 길이의 10 %를 넘지 않는, 평균 최장 길이 0.001 내지 100 mm를 갖는 물에 부유하는 입자를 포함하고, 상기 원소성 미량 영양소가 미량 영양소 공급원을 지지하고, 물에 부유하며, 화학적 불활성이고, 비교적 수불용성인 미립자 기질 물질의 표면상에 코팅되는 것인 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 원소성 미량 영양소가 Fe, Co, Mn, Zn 및 이들의 혼합물로 구성되는 군으로부터 선택되는 조성물.
  3. 제2항에 있어서, 원소성 미량 영양소가 철인 조성물.
  4. 제1항에 있어서, 중합체 발포체, 중공 유리, 또는 셀룰로오스로 제조된 물에 부유하는 입자들의 기질을 포함하는 조성물.
  5. 제4항에 있어서, 상기 중합체 발포체를 포함하는 중합체가 폴리스티렌, 폴리우레탄, 폴리에스테르, 폴리비닐 알콜, 폴리(락티드), 및 우레아/포름알데히드로 구성되는 군으로부터 선택되는 조성물.
  6. 제4항에 있어서, 중공 유리 입자들이 플라이 애쉬로부터 유도되는 조성물.
  7. 제1항에 있어서, 미량 영양소 공급원의 기질로의 접착을 수행하거나 촉진시키고(거나) 사용시 주위의 물로 미량 영양소 공급원의 방출을 완화시키기 위한 1 종 이상의 수용성 작용제를 추가로 포함하는 조성물.
  8. 제7항에 있어서, 미량 영양소 공급원의 기질로의 접착을 촉진시키기 위한 수용성 작용제가 폴리(비닐 알콜), 폴리(아크릴산), 폴리(메타크릴산), 메틸 셀룰로오스, 폴리(N-비닐 피롤리돈), 폴리(아크릴 아미드), 폴리(메타크릴 아미드), 폴리(에틸렌 옥시드), 젤라틴, 천연 검 및 소듐 폴리실리케이트로 구성되는 군으로부터 선택되는 조성물.
  9. 제2항에 있어서, 원소성 미량 영양소 1 % 내지 90 중량%을 함유하는 조성물.
  10. 제9항에 있어서, 원소성 미량 영양소가 철인 조성물.
  11. 제10항에 있어서, 미량 영양소 공급원이 원소성 철, 황산 제1철, 황산 암모늄 제1철, 염화 제1철, 염화 제2철, 질산 제2철, 질산 제1철, 철 산화물, 철을 포함한 혼합 금속 산화물, 철 수산화물, 철 아산화물, 옥시할라이드 및 이들의 혼합물로 구성되는 군으로부터 선택되는 조성물.
  12. 제2항에 있어서, 건조 미립자 형태인 조성물.
  13. 제2항에 따른 조성물의 수성 분산액.
  14. 물에 부유하는, 비교적 수 불용성 미립자 기질 물질을 미량 영양소 공급원인 1 종 이상의 화합물의 수용액 또는 수성 분산액과 혼합하고 그로 함침하는 단계를 포함하는, Fe, Co, Mn, Zn 및 이들의 혼합물로 구성되는 군으로부터 선택되는 광합성 식물성 플랑크톤 생장을 위한 미량 영양소 0.1 내지 90 중량%를 함유하고, 평균 최장 길이가 10 mm이상일 때, 길이에 수직한 평균 최장 단면 길이가 평균 최장 길이의 10 %넘지 않는, 평균 최장 길이 0.001 내지 100 mm를 갖는, 물에 부유하는 입자들을 포함하는 조성물의 수성 분산액의 제조 방법.
  15. 제14항에 있어서, 조성물의 수성 분산액을 건조시켜 자유 유동 미립자를 제공하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  16. 제15항에 있어서, 미량 영양소 공급원 함유 용액 또는 분산액이 미량 영양소 공급원 화합물의 기질로의 내구적 접착을 촉진시키는 1 종 이상의 수용성 작용제를 또한 함유하는 방법.
  17. 제15항에 있어서, 미량 영양소 공급원 화합물의 기질로의 내구적 접착을 촉진시키는 1 종 이상의 수용성 작용제의 도포를 추가로 포함하는 방법.
  18. 0.01 내지 90 중량%의 철을 함유하고, 평균 최장 길이가 10 mm 이상일 때, 길이에 수직한 평균 최장 단면 길이가 평균 최장 길이의 10 %를 넘지 않는, 평균 최장 길이 0.001 내지 100 mm를 갖는, 물에 부유하는 입자들을 대양, 호수 또는 강 표면상에 전개시켜 상기 대양, 호수 또는 강 영역의 표면에 철을 공급하는 단계를 포함하는, 광합성 식물성 플랑크톤의 생장이 결핍되거나 부족한 대양, 호수 또는 강에서 그의 생장을 촉진시키는 방법.
  19. 제18항에 있어서, 물에 부유하는 입자들을 대양 표면상에 전개시켜 상기 대양 표면에 철을 공급하는 것인 방법.
  20. 제19항에 있어서, 철로 자극된 대양성 광합성 식물성 플랑크톤의 생성에 의해 대기중 이산화 탄소를 감소시키는 방법.
  21. 제18항에 있어서, 철로 자극된 광합성 식물성 플랑크톤의 생성에 의해 해양 또는 담수 식료를 증가시키는 방법.
  22. (a) (i) 가용성 실링제를 함유하는 수성 매질중에서 불용성 미량 영양소 공급원 입자들을 혼합하거나, (ii) 가용성 실링제를 함유하는 수성 매질로부터 가용성 미량 영양소 공급원을 침전시켜, 가용성 실링제를 함유하는 수성 매질중 불용성 미량 영양소 공급원을 수득하는 단계,
    (b) 단계 (a)로부터의 혼합물을 건조시킨 후, 단계 (a) (i)이 사전에 수행되는 경우, 1,000 ℃ 이상에서 입자들을 추가로 융합시켜, 입자들의 표면을 일시적으로 밀폐하기 위하여 상기 실링제로 코팅된 자유 유동성의, 물에 부유하는 입자들을 형성하는 단계를 포함하는, Fe, Co, Mn, Zn 및 이들의 혼합물로 구성되는 군으로부터 선택되는, 광합성 식물성 플랑크톤의 생장을 위한 미량 영양소 0.01 내지 90 중량%를 함유하는 물에 부유하는, 미립자 조성물의 제조 방법.
  23. 제22항에 있어서, 미량 영양소 공급원이 원소성 철 또는 철 화합물인 방법.
  24. 제22항에 있어서, 염기 또는 알칼리를 첨가하여 단계 (a)에서 가용성 미량 영양소 공급원을 침전시키는 방법.
  25. 제11항에 있어서, 미량 영양소 공급원이 인산 철, 규산 철, 알루민산 철, 알루미늄규소산 철, 및 티탄산 철로 구성되는 군으로부터 선택된 철을 함유하는 혼합 금속 산화물인 조성물.
  26. 제14항 또는 제22항에 있어서, 조성물의 양이 1 중량 톤 이상인 방법.
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