KR101048627B1 - Composition for controlling harmful algae containing nanosilver as an active ingredient and method for controlling the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 나노은을 유효성분으로 포함하는 유해조류 방제용 조성물로 보다 구체적으로는 부영양화에 있어서 문제가 되는 질소(N)나 인(P)등이 포함되지 않은 나노크기의 은금속 또는 산화은을 유효성분으로 함유하는 유해조류 방제용 조성물과 이를 이용한 유해조류 방제방법에 관한 것으로, 본 발명의 유해조류 방제용 조성물은 질산염이 없는 나노은을 사용하게 되므로 인축 및 환경 친화적이면서 유해조류에 대하여 선택적인 생육억제효과를 나타내므로 효능이 우수한 유해조류 방제제로서 유용하게 활용될 수 있다.The present invention is a composition for controlling harmful algae containing nano silver as an active ingredient, more specifically, a nano-sized silver metal or silver oxide that does not contain nitrogen (N) or phosphorus (P), which is a problem in eutrophication, as an active ingredient. The present invention relates to a composition for controlling harmful algae and a method for controlling harmful algae using the same, wherein the composition for controlling harmful algae of the present invention uses nanosilver without nitrate, which is selective for inhibiting growth and environment-friendly and harmful algae. It can be usefully used as a harmful algae control agent having excellent efficacy.
나노은, 유해조류, 질소, 인, 은금속, 산화은 Nano silver, harmful algae, nitrogen, phosphorus, silver metal, silver oxide
Description
본 발명은 나노은을 유효성분으로 포함하는 유해조류 방제용 조성물로 보다 구체적으로는 부영양화에 있어서 문제가 되는 질소(N)나 인(P)등이 포함되지 않은 나노크기의 은금속 또는 산화은을 유효성분으로 함유하는 유해조류 방제용 조성물과 이를 이용한 유해조류 방제방법에 관한 것이다.The present invention is a composition for controlling harmful algae containing nano silver as an active ingredient, more specifically, a nano-sized silver metal or silver oxide that does not contain nitrogen (N) or phosphorus (P), which is a problem in eutrophication, as an active ingredient. The present invention relates to a composition for controlling harmful algae and a method for controlling harmful algae using the same.
유해 조류의 대발생(HAB, Harmful Algal Blooming)은 이들의 생육 서식지에 따라 산업적으로 다양한 문제를 일으키고 있다. 호수, 하천, 저수지, 양어장 등지에서의 유해조류의 대발생은, 1) 수생생물의 폐사를 일으키고(Duke 등, Weed Sci. 50: 138-151, 2002); 2) 이취미(off-flavor) 물질을 발생시켜 음용수 및 양식어류의 육질을 떨어뜨리며(Duke 등, Weed Sci. 50: 138-151, 2002); 3) 사람 및 동물에 유해한 독소를 생성(Haider 등, Chemosphere 52:1-21, 2003); 4) 물의 착색 및 이상발포(scum) 형성 등으로 불쾌감을 유발하고 여가 및 산업 활동을 저해하며; 5) 상수처리과정 중의 여과지 폐쇄 및 응집 침전 저해 등으로 인해 염소의 과다처리가 필요하므로 경제적 손실을 야기하고; 6) 건축 및 산업시설 현장에서는 유해조류가 수질오염, 기계의 오작동, 노후화 촉진, 미관 손상 등 다양한 피해를 유발시키기도 한다. Harmful algal blooms (HABs) are causing various industrial problems, depending on their habitat. The outbreak of harmful algae in lakes, streams, reservoirs, fish farms, etc., 1) causes aquatic deaths (Duke et al., Weed Sci. 50: 138-151, 2002); 2) to produce off-flavor substances, reducing the quality of drinking water and farmed fish (Duke et al., Weed Sci. 50: 138-151, 2002); 3) toxins that are harmful to humans and animals (Haider et al., Chemosphere 52: 1-21, 2003); 4) causing discomfort and impeding leisure and industrial activity due to the coloring of water and the formation of scum; 5) Over-treatment of chlorine is necessary due to filter paper closure and inhibition of flocculation precipitation during water treatment, resulting in economic losses; 6) In the construction and industrial facilities, harmful algae can cause various damages such as water pollution, machine malfunctions, aging, and aesthetic damage.
유해 조류의 대발생 문제에 효율적으로 대처하기 위하여 물리적, 생물학적 또는 화학적인 방법이 다각도로 시도되어 왔으나 아직까지 만족스러운 결과는 얻지 못하고 있는 실정이다. 지금까지 우리나라에 적용되고 있는 주요 조류방제법으로서는 황토분말을 살포하여 발생조류를 수저로 함께 침강시키는 방법을 가장 많이 사용하고 있으며, 그 밖에 응집제에 의한 분리, 불포화지방산과 알루미늄의 규산나트륨, 카올린의 혼합물을 이용한 조류의 흡착 침강방법, 수산화마그네슘, 탄산칼슘 및 점토의 혼합물과 혼합 사용하는 조류의 흡착제 및 기계적 장치를 이용한 조류의 분리, 무기산화물인 세라믹을 이용한 흡착, 용존 공기부상법을 이용한 분리, 원심분리를 이용한 처리 등등의 물리적인 방법을 이용하여 수중에 발생된 녹조제거 방법이 제안되거나 이용되고 있으며 화학적인 방법으로는 황산구리 또는 차염소산소다 용액의 살포에 의한 조류의 사멸방법을 이용하고 있다.In order to effectively cope with the problem of the generation of harmful algae, physical, biological or chemical methods have been attempted at various angles, but there are still no satisfactory results. Until now, the main algae control method applied to Korea is the most widely used method of spraying ocher powder to settle algae together with a cutlery. In addition, separation by flocculant, unsaturated fatty acid and sodium silicate of aluminum, kaolin Algae adsorption sedimentation method using algae, algae adsorbent and mechanical device mixed with a mixture of magnesium hydroxide, calcium carbonate and clay, adsorption using inorganic oxide ceramics, separation using dissolved air flotation, centrifugation A method of removing algae generated in water by using a physical method such as separation and the like has been proposed or used. As a chemical method, an algae killing method by spraying copper sulfate or sodium hypochlorite solution is used.
그러나 상기의 물리적 방법에 의한 조류제거 방법은 조류의 제거효율이 그다지 높지 않거나 기계를 이용한 물리적 방법에 대한 설치비가 매우 높아 경제성이 크게 떨어진다는 단점을 가지고 있으며, 조류발생의 사후처리에 불과하여 사전에 방지할 수 없다는 문제점을 가지고 있다. 특히 비중이 높은 황토나 무기산화물과 같은 분말을 사용할 경우 가격이 저렴하여 경제성을 제공할 수 있으나 수중에 살포 후 조류와의 흡착시간이 부족하여 조류의 제거율이 매우 저조하다는 단점을 가지고 있다. However, the algae removal method by the physical method has the disadvantage that the removal efficiency of algae is not very high or the installation cost for the physical method using the machine is very high and the economic efficiency is greatly reduced. It has a problem that cannot be prevented. Particularly, when powders such as ocher or inorganic oxides with high specific gravity are used, they can be economically available due to the low price, but have a disadvantage in that the algae removal rate is very low due to insufficient adsorption time with algae after spraying in water.
황산구리 또는 차염소산소다와 같은 화학적 방법을 이용할 경우 조류의 제거율을 극대화할 수 있으며 사전에 조류의 피해를 방지할 수 있으나 황산구리인 경우 특정유해물질로서 수질악화 및 먹이사슬에 의한 중금속 오염을 가속화시켜(Hullebusch et al. Water, Air, and Soil Pollution 150: 3-22, 2003) 수질생태계를 크게 악화시킬 수 있다는 문제점을 가지고 있으며, 차염소산소다인 경우 표백 및 살균효과가 커서 조류의 사멸효과를 극대화시킬 수 있다는 장점을 가지고 있으나 염소가스 악취에 의한 불쾌감을 초래할 수 있으며, 염소는 수중에서 유기물질(humic acid, fulvic acid 등)과 작용하여 발암물질인 트리할로메탄류 생성 가능성을 높인다. 또한 씨마진(simazine) 및 디우론(diuron)과 같은 유기합성 제초제는(Aquaculture 163:85-99, 2004; Aquaculture 233:197-203, 2004) 경우에 따라 인축독성을 나타낼 수 있으며 비표적 생물에 대한 안전성이 문제된다. 따라서 현재 사용되는 화합물들 중에는 인축독성 또는 환경안정성에 대한 고려 측면에서 금후 대체되는 것이 바람직한 화합물들이 많은 형편이다. Chemical methods such as copper sulphate or sodium hypochlorite can maximize the removal rate of algae and prevent algae damage in advance, but copper sulphate is a specific harmful substance that accelerates heavy metal contamination by water deterioration and food chains. Hullebusch et al. Water, Air, and Soil Pollution 150: 3-22, 2003) have a problem that can greatly deteriorate the water ecosystem.In the case of sodium hypochlorite, the bleaching and sterilizing effect is large, which maximizes the killing effect of algae. It has the advantage of being able to cause discomfort caused by odor of chlorine gas, and chlorine acts with organic substances (humic acid, fulvic acid, etc.) in water to increase the possibility of generating carcinogenic trihalomethanes. In addition, organic synthetic herbicides such as simazine and diuron (Aquaculture 163: 85-99, 2004; Aquaculture 233: 197-203, 2004) may be toxic in some cases, Safety is an issue. Therefore, among the compounds that are currently used, many compounds that are desired to be replaced in the future in consideration of phosphorus toxicity or environmental stability are many circumstances.
조류를 환경친화적인 방법에 의해 사멸시키거나 조류의 발생을 억제 또는 방지조류를 보다 효율적으로 제거시키기 위하여 한국공개특허 공개번호 제 2006-0108409에서는 다공질의 바이오스톤(Biostone) 표면에 광촉매와, 은 또는 동을 코팅하여 녹조 및 적조를 효율적으로 제거할 수 있는 녹조 및 적조 제거제를 제안하고 있으며, 한국공개특허 공개번호 제 2005-0121091에서는 다시마, 미역, 홍합의 해산품과, 검은콩, 죽순, 도토리의 천연물을 열수추출에 얻어진 각각의 용액을 혼 합하고, 이곳에 생감자 즙을 투입하여 30 내지 45℃의 온도에서 6개월에서 1년 동안 자연숙성시켜 해수의 적조, 담수의 녹조 개선제와 수질정화 및 토양 개선제 및 그 제조방법을 제안하고 있고, 한국공개특허 공개번호 제 2003-0038276에서는 현재 산업폐수장에서 널리 사용하고 있는 생물막의 경우 그 매체로 돌, 슬랙, 세라믹 제품 또는 프라스틱제품을 생물막으로 사용하고 있음에 따라 생물막에 이끼 및 녹조 등이 붙어 생물막의 기능을 상실하므로 자주 차염소산 등으로 소독을 하고 번그러움을 해소하고자 은(Silver)을 염착한 생물막 제조방법을 제안하고 있다.In order to kill algae by an environmentally friendly method or to suppress algae generation or to prevent algae more efficiently, Korean Laid-Open Patent Publication No. 2006-0108409 discloses a photocatalyst, silver, or silver on a porous biostone surface. It is proposed to remove green algae and red tide by coating copper and to remove green algae and red tide efficiently. Korean Laid-Open Patent Publication No. 2005-0121091 proposes seafood products of kelp, seaweed and mussels, and black beans, bamboo shoots and acorns. Natural solutions are mixed with each solution obtained in hot water extraction, and raw potato juice is added to it and matured for 6 months to 1 year at a temperature of 30 to 45 ° C. Red tide of fresh water, green algae for fresh water and water purification and soil improving agent And a method of manufacturing the same, and in Korean Laid-Open Patent Publication No. 2003-0038276, a living organism widely used in an industrial wastewater storage plant is currently disclosed. In the case of membranes, as the media uses stones, slags, ceramic products, or plastic products as biofilms, the biofilms lose their function by attaching moss and green algae to the biofilms. (Silver) is proposed a method for producing a biofilm dyed.
상기 한국공개특허 공개번호 제 2006-0108409호는 바이오스톤(Biostone)에 광촉매와 은(Silver) 및 구리(Copper) 코팅에 의해 다소 환경친화적인 방법이라고 설명할 수 있으나, 조류의 방제에 있어서 다공질의 바이오 스톤 표면에 광촉매, 은 및 구리가 코팅되었다 할지라도 담수호나 해수면의 깊이가 깊거나 다량의 탁도에 의해 햇빛이 수중으로 조사될 가능성이 희박할 뿐만 아니라 이산화티탄의 광촉매가 대체적으로 활성이 그다지 낮기 때문에 조류의 제거 가능성이 매우 희박하다는 문제점을 가지고 있으며, 또한 살균력이 있는 은(Ag)이나 구리(Cu)가 바이오스톤의 담체에 코팅되어 있기 때문에 수중에 발생된 조류와의 접촉면이 극히 낮고, 접촉시간도 매우 짧아 실질적으로 조류의 사멸효과는 매우 저조하다고 설명할 수 있다.The Korean Laid-Open Patent Publication No. 2006-0108409 can be described as a somewhat environmentally friendly method by photocatalyst, silver and copper coating on biostone, but it is porous in controlling algae. Even though photocatalysts, silver and copper are coated on the surface of biostones, the possibility of sunlight being exposed to the water by the depth of freshwater lakes or sea level or by the large amount of turbidity is rare, and the photocatalyst of titanium dioxide is generally very inactive. Therefore, there is a problem that the possibility of removing algae is very thin, and since the silver (Ag) or copper (Cu) which is bactericidal is coated on the carrier of the biostone, the contact surface with the algae generated in the water is extremely low, The time is so short that the killing effect of algae is actually very low.
상기 한국공개특허 공개번호 제 2005-0121091호는 생화학적으로 제조된 것으로서 친환경적이며, 무공해이며, 다량사용해도 환경에 무해하다는 장점을 가지고 있으나, 상기 개선제와 수질정화 및 토양 개선제의 조성물을 조류가 발생된 수역에 투입할 경우 조성물이 모두 유기물로 구성됨에 따라 수중에 다량 투입할 경우 큰 화학적산소요구량이 필요로 하며, 제조기간이 장기간 필요함에 따라 경제성이 매우 떨어진다는 단점을 가지고 있다.The Korean Laid-Open Patent Publication No. 2005-0121091, which is biochemically manufactured, has the advantages of being environmentally friendly, pollution-free, and harmless to the environment even when used in large quantities. However, algae are generated in the composition of the improving agent and the water purification and soil improving agent. In the case of inputting into the water, the composition consists of all organic materials, so when a large amount is added to the water, a large chemical oxygen demand is required, and the manufacturing period is required for a long period of time, which has the disadvantage of very low economic efficiency.
상기 한국공개특허 공개번호 제 2003-0038276호는 생물막 표면에 은염이 착염되어 세척이나 마찰에 떨어지지 않고 반영구적으로 무기 항균제의 기능을 제공할 수 있으나, 상기에서 설명한 바와 같이 생물막의 피도물체에 코팅되어 비표면적이 크지 않기 때문에 실질적으로 은(Ag)에 의한 무기 항균제의 역할이 저조할 뿐만 아니라 조류가 발생된 담수호 및 해수면과 같이 거대한 수역에서는 사용가능성이 매우 희박하다는 단점을 가지고 있다. The Korean Laid-Open Patent Publication No. 2003-0038276 discloses a semi-permanent function of the inorganic antimicrobial agent without the drop of silver salts on the surface of the biofilm so as not to be washed or rubbed, but as described above, it is coated on the coated object of the biofilm. Since the surface area is not large, the role of the inorganic antimicrobial agent due to silver (Ag) is substantially low, and it has a drawback that its use is very rare in huge waters such as freshwater lakes and sea levels where algae are generated.
이상에서와 같이 부영양화에 의한 조류 발생의 문제점을 극복하기 위한 방법이 많이 제안되고 사용되고 있으나, 조류의 처리효율이 미흡하고, 수질환경 악화가 더욱 진행되며, 경제적 부담감이 더욱 커짐에도 불구하고 이러한 종래의 문제점을 극복하면서 효율적, 환경친화적인 조류의 살조용 조성물 및 이에 대한 제조방법은 현재까지는 매우 미비한 실정이다. As mentioned above, a number of methods for overcoming the problems of algae generation due to eutrophication have been proposed and used. However, although the algae treatment efficiency is insufficient, the water environment deteriorates further, and the economic burden increases, the conventional methods Efficient and environmentally friendly algae algae composition and a method for producing the same while overcoming the problems have been very poor to date.
그런데 조류 대발생의 가장 큰 원인은 부영양화(eutrification)이며, 이를 야기시키는 원인 물질로는 질소(N), 인(P), 미량원소, 비타민류 등의 영양염류이며, 그 중 조류의 성장을 크게 좌우하는 주요 오염 물질은 질소(N)와 인(P)이라고 알려져 있다. 그렇기 때문에 조류 방제조성물의 경우도 부영양화를 최소화시키기 위해 특히 질소화합물과 인(P)등이 포함되지 않도록 제조하는 방안이 필요하다. 그리고 무엇보다 유해조류만을 선택적으로 방제할 수 있는 화합물의 활용기술을 적극 개발하고, 아울러 유해조류 방제에 상승작용을 가지는 화합물 조합을 탐색하여 조 성물을 개발하고 적용함으로서 환경내 화합물 투입량을 최소화 시킬 수 있는 새로운 기술들이 지속적으로 개발되어야 한다. 특히 이를 위해서는 보다 안전한 화합물을 이용하여 조류 대발생 이후보다는 예방적 차원에서 조류의 초기발생을 억제하는 기술이 요구되고 있다.However, the biggest cause of algal outbreaks is eutrification, and the causative agents that cause this are nutrients such as nitrogen (N), phosphorus (P), trace elements, and vitamins. The major contaminants that influence are known as nitrogen (N) and phosphorus (P). Therefore, in order to minimize eutrophication of algae control composition, a method of manufacturing such that nitrogen compounds and phosphorus (P) is not required is necessary. First of all, it is possible to minimize the amount of compound input into the environment by actively developing technology for the utilization of compounds that can selectively control only harmful birds, and by searching for compound combinations that have synergistic effects on harmful birds. New technologies must continue to be developed. Particularly, for this purpose, a technique for preventing the initial occurrence of algae from a preventive level rather than after algae occurrence using a safer compound is required.
본 발명의 목적은 나노은을 유효성분으로 포함하는 유해조류 방제용 조성물, 유해조류 방제용 혼합 조성물 및 이를 이용한 유해조류 방제의 방제방법을 제공하는 데 있다.It is an object of the present invention to provide a composition for controlling harmful algae, a composition for controlling harmful algae containing nanosilver as an active ingredient, and a method for controlling harmful algae using the same.
보다 구체적으로 본 발명의 목적은 부영양화에 있어서 문제가 되는 질소(N)나 인(P)등이 포함되지 않은 나노크기의 은금속 또는 산화은을 제조하고, 이를 보다 저농도 처리될 수 있도록 나노은과 상승작용을 가지는 방제화합물이 혼합된 환경 친화적 유해조류 방제용 조성물을 제공하고 이를 이용한 유해조류 발생 억제나 방지에 활용할 수 있도록 유해조류의 방제방법을 제공하는 데 있다.More specifically, an object of the present invention is to produce a nano-sized silver metal or silver oxide that does not contain nitrogen (N) or phosphorus (P), which is a problem in eutrophication, and synergistically with the nano-silver to be treated at a lower concentration The present invention provides a composition for controlling environmentally friendly harmful algae mixed with a control compound having the same and provides a method for controlling harmful algae to be used for suppressing or preventing generation of harmful algae using the same.
이에 본 발명자들은 질산(NO3)을 함유하지 않는 나노은을 유효성분으로 포함하는 유해조류 방제용 조성물을 제공하고, 상기 유해조류 방제용 조성물에 방제화합물이 유효성분으로 더 포함 되었을 때, 유해조류 방제에 상승적인 효과뿐만 아니라 나노은을 보다 저농도로 처리하면서도 유해조류를 선택적이면서 효과적으로 방제할 수 있음을 확인하여 본 발명을 완성하였다.Accordingly, the present inventors provide a composition for controlling harmful algae comprising nano silver which does not contain nitric acid (NO 3 ) as an active ingredient, and when the control compound is further included as an active ingredient in the control composition for harmful algae, harmful algae control The present invention was completed by confirming that not only a synergistic effect but also nano silver was treated at a lower concentration while controlling harmful algae selectively and effectively.
상기 목적에 따라, 본 발명에서는 나노크기의 은금속 또는 산화은을 유효성분으로 포함하는 유해조류 방제용 조성물 또는 상기 유해조류 방제용 조성물에 유효성분으로 천연물 또는 생화학제가 첨가되어 유해조류 방제에 상승작용을 가지는 유해조류 방제용 조성물을 제공한다.In accordance with the above object, in the present invention, a natural product or a biochemical agent is added to the harmful algae control composition or the harmful algae control composition comprising nano-sized silver metal or silver oxide as an active ingredient, thereby synergistically controlling harmful algae. Eggplant provides a composition for controlling harmful algae.
상기 다른 목적에 따라, 본 발명은 상기 유해조류 방제용 조성물을 수중 또는 토양에 처리하는 것을 포함하는 유해조류의 방제방법을 제공한다.According to the other object, the present invention provides a method for controlling harmful algae comprising treating the harmful algae control composition in water or soil.
이하, 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
본 발명은 나노은을 유효성분으로 포함하며 질소 및 인을 포함하지 않는 것을 특징으로 하는 유해조류 방제용 조성물을 제공한다.The present invention provides a composition for controlling harmful algae, comprising nanosilver as an active ingredient and not containing nitrogen and phosphorus.
상기 유해조류 방제용 조성물은 은염을 증류수에 용해하는 단계;The harmful algae composition for dissolving a silver salt in distilled water;
상기 용해된 은염에 조성물의 질소 및 인을 제거하기 위해서 탄산염 또는 탄산가스를 공급하고 여과 및 세척하는 단계; 및Supplying carbonate or carbon dioxide, filtration and washing to remove nitrogen and phosphorus from the dissolved silver salt; And
상기 여과 및 세척된 은염에 유 무기 환원제 또는 과황산염 및 수산화물을 첨가한 후, 은염을 나노미터 크기로 형성시키는 단계;Adding an inorganic reducing agent or persulfate and hydroxide to the filtered and washed silver salt, and then forming the silver salt into nanometer size;
를 포함하여 제조되는 것으로 도 1을 참조한다.Refer to Figure 1 as being prepared, including.
상기 나노은은 나노크기의 은금속 또는 산화은으로 상기 은금속 또는 산화은의 원료는 은염으로 초산은(silver acetate), 질산은(silver nitrate), 탄산은(silver carbonate), 구연산은(silver citrate)으로부터 선택되는 1종 이상이고, 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 것으로 초산은 또는 탄산은을 사용하는 것이 바람직하다. 그러나 상기 질산은(silver nitrate)을 제외한 은염들은 매우 고가이기 때문에 경제성이 떨어진다는 단점을 가지고 있다. 이와 같은 경제성을 극복하기 위해서는 질산은을 하기 반응식 1과 같은 탄산염 및 탄산가스를 공급하여 불용성의 탄산은(silver carbonate)을 형성시킨 후 여과 및 세척단계를 거쳐 질산이 포함되 지 않도록 하고, 이를 초산(acetic acid)을 가하여 용해시켜 사용할 수 있으며, 다른 방법으로는 본원 발명에 제조된 유해조류 방제용 나노은에 음이온교환수지로 처리하여 음이온성 부산물인 질산염을 제거할 수 있다.The nano silver is a nano-sized silver metal or silver oxide, and the raw material of the silver metal or silver oxide is silver salt selected from silver acetate, silver nitrate, silver carbonate, and silver citrate. It is preferable to use silver acetate or silver carbonate as it is more than a species and in accordance with the technical idea of the present invention. However, silver salts except silver nitrate have disadvantages of low economical efficiency because they are very expensive. In order to overcome such economics, silver nitrate is supplied with carbonate and carbonic acid gas as in Scheme 1 to form insoluble silver carbonate, and then filtered and washed so that nitric acid is not included. acetic acid) can be added and dissolved, and in another method, an anionic by-product can be removed from the nanoalgae for controlling algae prepared by the present invention to remove nitrates.
이 때 불용성의 탄산은을 형성시키기 위해서는 탄산나트륨(Sodium carbonate), 탄산수소나트륨(Sodium bicarbonate), 탄산칼륨(Potassium carbonate), 탄산수소칼륨(Potassium bicarbonate), 탄산암모늄(Ammonium carbonate), 탄산수소암모늄(Ammonium bicarbonate), 탄산가스(CO2 gas)로부터 선택되어지는 1종 이상의 탄산염 또는 탄산가스가 사용될 수 있으며,상기 탄산염 중 탄산암모늄 또는 탄산수소암모늄을 이용할 경우 양이온교환수지로 처리하여 암모늄 이온을 제거하는 것은 당연하다 할 수 있다.At this time, in order to form insoluble silver carbonate, sodium carbonate, sodium bicarbonate, potassium carbonate, potassium bicarbonate, ammonium carbonate, ammonium bicarbonate ( Ammonium bicarbonate), one or more kinds of carbonates or carbonic acid gas selected from CO 2 gas may be used, and when ammonium carbonate or ammonium bicarbonate is used in the carbonates, the ammonium carbonate may be treated with a cation exchange resin to remove ammonium ions. It can be said of course.
상기 공급단계에서 제공된 은염을 녹이는 용해단계는 물에 용해된 은염(Silver salts)들은 염소염(Chloride), 불소염(Fluoride), 황산염(Sulfate) 등등의 음이온과 반응하여 불용성이거나 용해도가 매우 낮은 은염(Silver salt)를 형성시킴에 따라 수중의 불순물이 가능한한 없어야 유리하다 할 수 있다. 따라서 용해단계에 필요한 물은 역삼투압(RO; revers osmosis) 내지는 2차 증류기에 처리된 증류수를 사용해야 한다. The dissolving step of dissolving the silver salt provided in the feeding step is that silver salts dissolved in water react with anions such as chlorine salt, fluoride salt, sulfate salt and the like, and are insoluble or have very low solubility. As it forms a silver salt, it is advantageous to have as little impurities as possible in the water. Therefore, the water required for the dissolution step should be reverse osmosis (RO) or distilled water treated in a secondary distiller.
상기 나노크기의 은금속 또는 산화은은 전체 조성물 총 중량에 대하여 0.01 내지 15 중량%의 농도가 되도록 은염의 몰(Mole of silver salt)/은의(Mole of silver) 비율에 해당하는 은염(Silver salt)의 무게를 측량하여 용해한다. 이 때 나노크기의 은금속 또는 산화은의 함량이 0.01 내지는 15 중량%의 농도가 되도록 이에 해당하는 은염을 용해할 수 있으며, 바람직하게는 0.05 내지는 0.15 중량%이며, 가장 바람직하게는 0.075 내지는 0.12 중량%의 나노은 함량이 되도록 용해되는 것이 유리한 바, 나노은 함량이 0.01 중량% 미만의 낮은 농도로 제조할 경우 나노은 제조에 필요한 거대한 장비가 필요할 뿐만 아니라 조류가 발생된 수역으로 운반할 때 많은 물류비가 필요하다는 단점을 가지고 있으며, 나노은 함량이 15 중량% 초과의 높은 농도로 제조할 경우 유해조류 방제용 조성물에 포함된 나노미터(nm) 크기의 은(Silver)입자들이 수중에 분산되지 않고 서로 응집이 일어나 이미 형성된 나노은 입자들이 침강할 가능성이 있어 상품성이 떨어지며 더불어 비표면적이 낮아져 유해조류의 살조력이 떨어질 수 있다는 문제점을 가지고 있다.The nano-sized silver metal or silver oxide has a concentration of 0.01 to 15% by weight relative to the total weight of the total composition of silver salts corresponding to the mole of silver salts / mole of silver ratio. Weigh and dissolve. In this case, the silver salt corresponding to the nano-sized silver metal or silver oxide may be dissolved such that the concentration of the silver metal or silver oxide is 0.01 to 15 wt%, preferably 0.05 to 0.15 wt%, and most preferably 0.075 to 0.12 wt% It is advantageous to dissolve so that the content of nano silver is low. If the nano silver content is manufactured at a low concentration of less than 0.01% by weight, it requires not only the huge equipment necessary for the production of nano silver, but also a large logistics cost when transporting to the water where the algae is generated. When the nano silver content is prepared at a high concentration of more than 15 wt%, nanometer-sized silver particles included in the composition for controlling harmful algae are not dispersed in water but aggregated with each other, thereby forming Nano silver particles are likely to settle, making them less commercially viable and lowering the specific surface area It has a problem that could fall.
상기 용해된 은염(Silver salt)을 나노크기의 은금속(Silver metal)을 형성시키기 위한 환원단계는 티이엠이디(TEMED; N,N,N',N'-Tetramethyl-ethylenediamine), 히드라진하이드레이트(Hydrazine hydrate), 붕소4수소나트륨(Sodium borohydride), 포름알데히드(Formaldehyde), 아세트알데히드(Acetaldehyde), 구연산(Citric acid), 아스코빈산(Ascorbic acid), 타닌산(Tannic acid)으로부터 선택되어지는 1 종 이상의 환원제를 사용할 수 있으며, 히드라진하이드레이트(Hydrazine hydrate), 포름알데히드(Formaldehyde), 아세트알데히드(Acetaldehyde)와 같은 유기환원제인 경우 본원에 의해 제조된 유해조류 방 제용 조성물을 살포할 경우 수질환경을 해칠 우려가 높기 때문에 가능한한 환경유해물질로 구성된 환원제를 사용하지 않는 것이 유리하며, 이 밖의 다른 환원제들은 특별히 제한되지 않는다.Reduction step for forming the dissolved silver salt (Silver salt) nano-sized silver metal (TEMED; TEMED; N, N, N ', N'-Tetramethyl-ethylenediamine), hydrazine hydrate (Hydrazine one or more reducing agents selected from hydrate, sodium borohydride, formaldehyde, acetaldehyde, citric acid, ascorbic acid, tannic acid In the case of organic reducing agents such as hydrazine hydrate, formaldehyde, acetaldehyde, etc. For this reason, it is advantageous not to use reducing agents composed of environmentally harmful substances, and other reducing agents are not particularly limited.
상기 환원제는 은염의 용해단계에서 용해된 은염(Silver salt)의 화학양론적인 양 이상으로 첨가되며, 환원제의 농도가 높을 경우 환원속도가 매우 빨리 진행되어 은(Ag)의 입자크기가 커질 수 있기 때문에 본원의 기술적 사상을 벗어날 수 있으므로, 환원제의 양을 기준으로 할 때 10 내지는 250배로 희석한 후 천천히 적가(Dropping)하는 것이 바람직하다.The reducing agent is added above the stoichiometric amount of the silver salt dissolved in the silver salt dissolving step, and if the concentration of the reducing agent is high, the reduction rate proceeds very fast and the particle size of silver (Ag) may increase. Since it may depart from the technical idea of the present application, it is preferable to dilute to 10 to 250 times based on the amount of the reducing agent and then slowly dropping.
다음 단계로 상기 용해된 은염을 산화은(Ag4O4)으로 형성시키기 위하여 과황산염 및 수산화물이 첨가되며 하기 반응식 2와 같이 4몰의 질산염에 대해 2몰의 과황산염과 8몰의 수산화물이 공급되어 만들어진다.In the next step, persulfate and hydroxide are added to form the dissolved silver salt into silver oxide (Ag 4 O 4 ), and 2 moles of persulfate and 8 moles of hydroxide are supplied to 4 moles of nitrate as shown in Scheme 2 below. Is made.
상기 은염을 산화은(Ag4O4)으로 형성시키기 위한 과황산염은 과황산나트륨(Sodium persulfate), 과황산칼륨(Potassium persulfate), 과황산암모늄(Ammonium persulfate)으로부터 선택되는 1종 이상이고, 바람직하게는 과황산나트륨(Sodium persulfate) 또는 과황산칼륨(Potassium persulfate)을 사용하는 것이 암모늄염의 부산물 생성으로 인한 부영양화의 원인을 제거할 수 있다.The persulfate for forming the silver salt into silver oxide (Ag 4 O 4 ) is at least one selected from sodium persulfate, potassium persulfate, and ammonium persulfate, preferably The use of sodium persulfate or potassium persulfate can eliminate the cause of eutrophication due to the production of by-products of ammonium salts.
또한 상기 수산화물은 수산화나트륨, 수산화칼륨, 암모니아수로부터 선택되 는 1종 이상인 것으로 바람직하게는 수산화나트륨 또는 수산화칼륨을 사용하는 것이 취기에 의한 인체 내 피해나 암모늄염의 부산물 생성에 의한 수질의 부영양화를 줄일 수 있다.In addition, the hydroxide is one or more selected from sodium hydroxide, potassium hydroxide, ammonia water, preferably using sodium hydroxide or potassium hydroxide can reduce the nutrients of the water caused by odor or by-products of ammonium salts caused by odor have.
상기 나노크기의 은금속 또는 산화은을 형성시키기 위하여 교반을 하며 상기 교반은 특별한 제한이 없으나 환원제 공급에 의해 형성되는 은금속이나 과황산염 및 수산화물의 공급에 의해 형성되는 산화은(Ag4O4)의 입자들이 성장하지 못하고, 나노미터 크기의 입자들이 형성될 수 있도록 고속회전으로 교반하며, 나노미터 크기의 은금속인 경우 실내온도에서 교반하는 것이 유리하고, 나노미터 크기의 산화은인 경우 70℃ 이상의 항온에서 교반하는 것이 바람직하다.Agitation is performed to form the nano-sized silver metal or silver oxide, and the stirring is not particularly limited, but particles of silver oxide (Ag 4 O 4 ) formed by the supply of silver metal or persulfate and hydroxide formed by supplying a reducing agent. It is not possible to grow, it is stirred at high speed to form nanometer-sized particles, it is advantageous to stir at room temperature in the case of nanometer-sized silver metal, at a temperature of 70 ℃ or more in the case of nanometer-sized silver oxide It is desirable to.
교반속도는 증류수에 용해된 은염(Silver salt)의 농도나 용기 대비 증류수의 양에 따라 달라질 수 있다. 교반속도는 500 내지는 100,000rpm 속도로 교반되며, 바람직하게는 750 내지는 75,000rpm의 교반속도, 더욱 바람직하게는 2,500rpm 내지는 50,000rpm의 교반속도로, 상기 교반속도가 500rpm 미만일 경우 증류수에 용해된 은염과 은금속을 형성시키기 위한 환원제 및 산화은을 형성시키기 위한 과황산염과 수산화물과의 혼합과정 중 불균일한 상(Phase)이 형성되어 본원에서 제시하고 있는 나노미터 크기의 유해조류 방제용 나노은이 만들어질 확률이 없을 뿐만 아니라 불균일한 은금속 및 은산화물의 입자를 형성시킬 수 있어 유해조류의 살조력이 저조하다는 단점을 가지고 있으며, 교반속도가 100,000rpm을 초과할 경우 나노미터 크기의 균일한 고농도 유해조류 방제용 나노은이 제조될 수 있다는 장점을 가 지고 있으나 교반기가 고가이기 때문에 경제성이 떨어질 수 있으며, 또한 매우 고속으로 교반되기 때문에 안전사고 대책이 필요할 뿐만 아니라 많은 양의 유해조류 방제용 나노은을 제조할 수 없다는 단점을 가지고 있다.The stirring speed may vary depending on the concentration of silver salt dissolved in distilled water or the amount of distilled water relative to the container. The stirring speed is stirred at a speed of 500 to 100,000 rpm, preferably at a stirring speed of 750 to 75,000 rpm, more preferably at a stirring speed of 2,500 rpm to 50,000 rpm, and when the stirring speed is less than 500 rpm, In the process of mixing a reducing agent for forming a silver metal and a persulfate and a hydroxide for forming a silver oxide, a non-uniform phase is formed, and thus, there is a possibility that a nanometer-sized harmful algae for controlling algae proposed in the present invention is produced. In addition, it has the disadvantage that the algae of harmful algae is low because it can form particles of uneven silver metal and silver oxide, and for the control of uniform high concentration of harmful algae of nanometer size when the stirring speed exceeds 100,000 rpm Nano silver has the advantage that it can be manufactured, but the economical efficiency may be lowered because the stirrer is expensive In addition, since the stirring at a very high speed, not only safety measures are required, but also has a disadvantage in that a large amount of nano silver for controlling harmful algae cannot be manufactured.
본 발명에 따른 나노은을 유효성분으로 포함하는 유해조류 방제용 조성물은 상기 조성물 단독으로도 사용가능하나 보다 효능을 증진시키기 위해 크리소파놀(chrysophanol), 에모딘(emodin), 메나디온염(menadione sodium bisulphite, 메나디온염(MSB)), 메나디온(menadione), 과산화수소, 초산 또는 이들의 혼합물로부터 선택되는 방제화합물을 유효성분으로 더 포함하고, 상기 방제화합물(B)은 상기 나노은(A)에 대하여 0.1 내지 99.5%:99.9 내지 0.5% (A:B)중량비로 혼합하며, 바람직하게는 0.1 내지 30%:99.9 내지 70% (A:B)중량비로 혼합하여 상승작용을 가진 방제용 혼합조성물을 조제하는 것이다. 상기 중량비가 어느 한쪽이 0.1% 미만이거나 99.9%를 초과하는 경우에는 혼합에 따른 상승효과가 미미할 수 있으므로 상기 범위에서 혼합하는 것이 바람직하다. The harmful algae control composition comprising nanosilver according to the present invention as an active ingredient can be used as the composition alone, but in order to enhance the efficacy of chrysophanol (chrysophanol), emodin (emodin), menadione sodium (menadione sodium) bisulphite, menadione salt (MSB)), menadione (menadione), hydrogen peroxide, acetic acid or a mixture of these compounds further comprises an active ingredient, the control compound (B) is the nano silver (A) 0.1 to 99.5%: 99.9 to 0.5% (A: B) by weight ratio is mixed, preferably 0.1 to 30%: 99.9 to 70% (A: B) by weight ratio to prepare a mixed control composition for synergy It is. In the case where the weight ratio is less than 0.1% or more than 99.9%, the synergy effect due to mixing may be insignificant, and therefore, mixing in the above range is preferable.
상기 방제 화합물중 크리소파놀 및 에모딘은 직접 합성하거나 식물로부터 추출 분리된 물질 또는 이의 농축물일 수 있으며, 보다 바람직하게는 소리쟁이속(Rumex), 대황속(Rheum), 갈매나무속(Rhamnus), 마디풀속(Polygonum), 쇠무릅속(Achyranthes), 알로에속(Aloe), 자금우속(Ardisia), 개미취속(Aster), 차풀속(Cassia), 국화속(Chrysanthemum), 등골나무속(Eupatorium), 쉬나무속(Evodia), 왜당귀속(Ligusticum), 오동나무속(Paulownia), 머위속(Petasites), 박하속(Mentha), 금불초속(Inula), 원추리속(Hemerocallis) 및 이들의 혼합물로 이루어 진 군으로부터 선택되는 식물의 전 식물체, 뿌리, 종자 또는 이들의 건조물을 용매로 추출하여 제조될 수 있다.Among the control compounds, chrysopanol and emimodine may be substances synthesized or extracted from plants or concentrates thereof, more preferably Rumex , Rheum , Rhamnus , Rhamnus , knotgrass in (Polygonum), iron knee in (Achyranthes), aloe in (Aloe), Ardisia japonica in (Ardisia), Michaelmas daisy in (Aster), tea pulsok (Cassia), chrysanthemum in (chrysanthemum), stapes hawthorn (Eupatorium), tetradium daniellii selected from the genus (Evodia), waedang Bind (Ligusticum), Tung hawthorn (paulownia), coltsfoot in (Petasites), mint in (Mentha), geumbulcho in (Inula), daylily (Hemerocallis) and military camp made of a mixture thereof It can be prepared by extracting the whole plant, roots, seeds or dried products thereof of the plant to be a solvent.
상기 소리쟁이 속으로는, 소리쟁이(Rumex crispus), 참소리쟁이(Rumex japonicus), 토대황(Rumex aquaticus), 개대황(Rumex longifolius), 묵밭소리쟁이(Rumex conglomeratus), 금소리쟁이(Rumex maritimus), 돌소리쟁이(Rumex obtusifolius), 호대황(Rumex gmelini), 수영(Rumex acetosa), 애기수영(Rumex acetosella)의 뿌리를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 대황속은 대황(Rheum undulatum), 장군풀(Rheum coreanum), 레움 팔마텀(Rheum palmatum), 레움 에모디(Rheum emodi), 레움 오피시날(Rheum officinale), 레움 호타오엔스(Rheum hotaoense), 레움 나넘(Rheum nanum), 레움 글라브리카울(Rheum glabricaule), 레움 리베스(Rheum ribes), 레움 스피시포메(Rheum spiciforme), 레움 탕구티컴(Rheum tanguticum), 또는 레움 위트로치(Rheum wittrochii) 등의 뿌리를 사용하는 것이 바람직하다.In the prymouth , Rumex crispus , Rumex japonicus , Rumex aquaticus , Rumex longifolius , Rumex conglomeratus , Rumex maritimus Rumex obtusifolius , Rumex gmelini , Rumex acetosa , Rumex acetosella are preferred to use the roots. Rheum undulatum , Rheum coreanum , Rheum palmatum , Rheum emodi , Rheum officinale , Rheum hotaoense , Rheum hotaoense , Rheum hotaoense Rheum nanum , Rheum glabricaule , Rheum ribes , Rheum spiciforme , Rheum tanguticum , or Rheum wittrochii It is preferable to use roots.
상기 방제화합물 중 나노은과 혼합할 수 있는 생화학제로서 메나디온염(menadione sodium bisulphite, 메나디온염(MSB)), 메나디온(menadione), 과산화수소, 초산 또는 과초산을 시중에서 구입하여 혼합할 수 있다. 특히 초산의 경우는 빙초산, 과일식초, 식용식초도 가능하며 보다 바람직한 것은 빙초산을 사용한다.As a biochemical that can be mixed with nanosilver among the control compounds, menadione salt (menadione sodium bisulphite, menadione salt (MSB)), menadione (menadione), hydrogen peroxide, acetic acid or peracetic acid can be purchased and mixed on the market. . Especially in the case of acetic acid, glacial acetic acid, fruit vinegar, edible vinegar is also possible, and more preferably use glacial acetic acid.
본 발명에 따른 나노크기의 은금속 또는 산화은을 유효성분으로 포함하는 유해조류 방제용 조성물은 유해조류에 선택적인 방제효과를 나타낸다.The composition for controlling harmful algae comprising nano-sized silver metal or silver oxide as an active ingredient according to the present invention has a selective control effect on harmful algae.
상기 유해조류가 마이크로시스티스(Microcystis), 아나베나(Anabaena), 오실 라토리아(Oscillatoria), 아파니조메논(Aphanizomenon), 노듈라리아(Nodularia) 및 코클로디늄(Cochlodinium) 속의 조류로 이루어진 군으로부터 선택되는 것으로, 특히, 마이크로시스티스속(Microcystis spp.), 아나베나속(Anabaena spp.) 등과 같은 남조류에 대하여 매우 높은 방제효과를 나타내며, 유해하지 않은 클로렐라속(Chlorella spp.), 세네데스무스(Senedesmus spp.) 등의 녹조류에 대해서는 상대적으로 낮은 방제효과를 나타낸다. 화합물의 조류에 대한 선택적 방제효과는 화합물마다 약간씩 다르다.The harmful alga from the group consisting of algae of the genus Microcystis , Anabaena , Oscillatoria , Oscillatoria , Aphanizomenon , Nodularia and Cochlodinium In particular, it has a very high control effect against cyanobacteria such as Microcystis spp., Anabaena spp. And the like, and is not harmful Chlorella spp., Senedmus. Green algae such as Senedesmus spp. Have relatively low control effects. The selective control effect of the compounds on algae varies slightly from compound to compound.
본 발명의 유해조류 방제용 혼합조성물은 혼합물의 효과를 저해하지 않는 범위 내에서 효과의 안정적 발현, 적용 대상 생물로의 부착 증진, 운반 및 처리의 간편화를 위해 제제학적으로 허용 가능한 고체 담체, 액체 담체, 액체 희석제, 액화된 기체 희석제, 고체 희석제, 또는 기타 적당한 보조제, 예를 들면 유화제, 분산제 또는 기포제 등의 계면활성제를 더욱 포함할 수 있다.The mixed composition for controlling harmful algae of the present invention is a pharmaceutically acceptable solid carrier and liquid carrier for stable expression of the effect, enhancement of adhesion to the organism to be applied, and simplicity of transportation and treatment within the range of not inhibiting the effect of the mixture. , Surfactants such as liquid diluents, liquefied gas diluents, solid diluents, or other suitable auxiliaries such as emulsifiers, dispersants or foaming agents.
본 발명의 방제용 조성물은 바람직하게는 유제, 수화제, 입제, 분제, 캅셀형 및 젤상의 제형으로 제제화될 수 있고, 제제의 부력을 위해 도넛형과 같은 제형을 통한 접촉제로서 제공되는 것이 바람직하다.The control composition of the present invention may preferably be formulated in emulsion, hydrated, granulated, powdered, capsule and gelled formulations, and is preferably provided as a contact through a formulation such as a donut for buoyancy of the formulation. .
본 발명은 상기 본 발명에 따른 유해 조류 방제용 조성물을 상기에 예시된 바와 같은 유해조류가 발생한 수중 또는 토양에 처리하여 유해조류를 방제하는 유해조류 방제방법을 제공한다. 이때, 상기 조성물을 유해조류가 발생되는 초기에 처리함으로써 대량증식을 사전에 차단하는 것이 바람직하다. The present invention provides a harmful algae control method for controlling harmful algae by treating the composition for harmful algae according to the present invention in water or soil in which harmful algae as illustrated above. At this time, it is preferable to block the mass growth in advance by treating the composition in the early stage of the generation of harmful algae.
본 발명에 따른 유해 조류 방제방법은, 유해 조류가 발생한 수중 또는 토양 에 처리 시 유효 성분의 농도가 너무 낮은 경우에는 유해 조류 방제 효과가 미미할 수 있고, 유효 성분의 농도가 너무 높은 경우에는 비경제적이거나 생태계에 부정적 영향을 미칠 수 있기 때문에 상기 유해 조류 방제용 조성물을 유효 성분 기준으로 조류가 발생한 수중 또는 토양 내 0.01㎍/㎖ 내지 100㎍/㎖의 농도가 되도록 처리하는 것이 바람직하며 이는 유해조류의 종류, 발생밀도, 생육 정도, 수질 환경 등을 고려하여 적절하게 조절할 수 있다.The harmful algae control method according to the present invention may have a low harmful algae control effect when the concentration of the active ingredient in the water or soil where the harmful algae is generated is too low, and when the concentration of the active ingredient is too high, Since it may adversely affect the ecosystem, it is preferable to treat the composition for controlling harmful algae to a concentration of 0.01 µg / ml to 100 µg / ml in the water or soil where algae is generated based on the active ingredient, which is a kind of harmful algae. It can be appropriately adjusted in consideration of the density of development, the degree of growth, and the water environment.
본 발명에 따른 나노은을 유효성분으로 포함하는 유해조류 방제용 조성물은 은이온 또는 은염 자체로 처리할 때보다 효과 지속성이 좋으며, 질산염이 없는 나노은을 사용하게 되므로 환경 및 인축 안전성에 보다 기여하게 된다.The composition for controlling harmful algae comprising nanosilver as an active ingredient according to the present invention has better effect lasting than when treated with silver ions or silver salts itself, and thus contributes to environmental and shrinkage safety because nano silver is used without nitrate.
또한, 본 발명의 유해조류 방제용 조성물은 나노은과 상승작용을 가지는 방제화합물(천연물 또는 생화학제)들을 유효성분으로 더 포함하여 처리할 수 있어, 이는 보다 적은량의 나노은의 사용이 가능할 뿐만 아니라 아울러 용이하게 분해될 수 있는 화합물을 보다 적게 투입할 수 있으므로 환경에 미치는 부작용이 보다 경감될 것으로 여겨지며, 유해조류에 대한 선택적 살조활성이 증진되기 때문에 경제성도 양호해질 수 있어, 인축 및 생태환경 친화적이면서 효능이 우수한 유해조류 방제제로서 유용하게 활용될 수 있다.In addition, the composition for controlling harmful algae of the present invention can be treated with nano-silver and synergistic control compounds (natural or biochemicals) as an active ingredient, which can be used as well as a smaller amount of nano silver. It is expected to reduce the side effects on the environment because less compound that can be decomposed more easily, and economic efficiency can be improved because the selective algae activity against harmful algae is enhanced, which is both friendly and eco-friendly and effective. It can be usefully used as a good pest control agent.
이하 본 발명을 실시예에 의하여 더욱 상세하게 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 범위가 이들만으로 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. However, the following examples are only for illustrating the present invention, and the scope of the present invention is not limited thereto.
[실시예 1] 100ppm의 나노크기의 은금속 용액 제조Example 1 Preparation of 100 ppm Nano-Sized Silver Metal Solution
깨끗이 세척된 500ml의 비이커에 질산은(Tunsei 사; AgNO3) 5g을 측량하고, 증류수 250ml를 공급한 후 교반하면서 용해하였다. 따로 200 ml의 비이커에 탄산나트륨(동양제철화학 사; Na2CO3) 10g을 측량한 후 완전 용해하였다. 질산은이 용해된 용액을 500rpm의 속도로 교반하면서 용해된 탄산나트륨 용액을 천천히 적가(Dropping)하여 탄산은(Silver carbonate)을 형성시키고, 이를 감압필터를 이용하여 5차례 수세한 후 100℃의 드라이오븐에서 완전 건조시켜 질산염(Nitrate)이 없는 탄산은을 제조하였다. 제조된 탄산은을 0.1278g을 깨끗이 세척된 1리터의 비이커에 측량하고, 증류수 700ml를 공급한 후 천천히 교반하면서 초산을 공급하여 탄산은을 완전히 용해하고, 수중의 pH가 4.5를 유지하도록 하였다. 5 g of silver nitrate (Tunsei Co .; AgNO 3 ) was weighed into a 500 ml beaker washed with clean water, and 250 ml of distilled water was supplied, followed by dissolution while stirring. Separately, 10 g of sodium carbonate (Dongyang Steel Chemical Co .; Na 2 CO 3 ) was weighed in a 200 ml beaker and completely dissolved. While stirring the solution containing silver nitrate at a speed of 500rpm, slowly dropping the dissolved sodium carbonate solution to form silver carbonate, which was washed five times with a reduced pressure filter, and then dried in a dry oven at 100 ° C. Drying completely gave nitrate-free silver carbonate. 0.1278 g of the prepared silver carbonate was weighed into a clean, one-liter beaker, 700 ml of distilled water was supplied, and acetic acid was supplied with slow stirring to completely dissolve the silver carbonate, so that the pH in the water was maintained at 4.5.
이곳에 탄산은에 해당되는 화학양론적인 양의 붕소4수소나트륨(Merck 사; Sodium borohydride) 환원제를 증류수에 용해한 후 50,000rpm의 교반속도로 회전하면서 탄산은이 용해된 용액에 천천히 적가하여 갈색의 나노은 용액을 제조하고, 이 용액을 1리터의 볼륨메트릭 플라스크(Volumetric flask)에 전량 옮긴 후 상하로 진탕하여 100ppm의 녹조 방제용 은금속 용액(나노은 용액)을 제조하였다.Here, a stoichiometric amount of sodium carbonate (Merck, Sodium borohydride) reducing agent was dissolved in distilled water, and then slowly added dropwise to a solution containing silver carbonate while rotating at a stirring speed of 50,000 rpm to obtain brown nanosilver. A solution was prepared, and the solution was transferred to a total volume of 1 liter of volumetric flask and then shaken up and down to prepare a 100 ppm silver metal solution (nanosilver solution) for controlling green algae.
[실시예 2] 500ppm의 나노크기의 은금속 용액 제조Example 2 Preparation of 500 ppm Nanoscale Silver Metal Solution
상기 실시예 1에서 탄산나트륨 대신에 탄산수소나트륨(NaHCO3)을 사용하였고, 제조된 탄산은을 0.6391g을 측량한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 수행 하였다.Sodium hydrogen carbonate (NaHCO 3 ) was used in place of sodium carbonate in Example 1, except that 0.6391g of the prepared silver carbonate was measured in the same manner as in Example 1.
[실시예 3] 1,000ppm(0.1 wt%)의 나노크기의 은금속 용액 제조Example 3 Preparation of 1,000 ppm (0.1 wt%) Nanoscale Silver Metal Solution
상기 실시예 1에서 탄산나트륨 대신에 탄산칼륨(K2CO3)을 사용하였고, 제조된 탄산은을 1.2782g을 측량한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 수행하였다.Potassium carbonate (K 2 CO 3 ) was used in place of sodium carbonate in Example 1, and the same procedure as in Example 1 was performed except that 1.2782 g of the prepared silver carbonate was measured.
[실시예 4] 5,000ppm(0.5 wt%)의 나노크기의 은금속 용액 제조Example 4 Preparation of 5,000 ppm (0.5 wt%) Nanoscale Silver Metal Solution
실시 예 1에서 탄산나트륨 대신에 탄산수소칼륨(KHCO3)을 사용하였고, 제조된 탄산은을 6.3910g을 측량한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 수행하였다.Potassium hydrogen carbonate (KHCO 3) was used instead of sodium carbonate in Example 1, and the same procedure as in Example 1 was performed except that 6.3910 g of the prepared silver carbonate was measured.
[실시예 5] 1,000ppm as Ag의 나노미터 크기의 산화은 용액 제조(70℃에서 반응)Example 5 Preparation of nanometer sized silver oxide solution of 1,000 ppm as Ag (reaction at 70 ° C)
깨끗이 세척된 1,000ml의 비커에 증류수를 700ml를 공급하고, 메카니칼 스터러(Mechanical stirrer)로 850rpm의 속도로 교반하면서 가열판(Hot palte)에 의해 70℃로 항온을 유지시켰으며, 이곳에 초산은(Silver acetate) 1.5474g을 정확히 측량하고, 용해하였다. 따로 초산은 1몰에 대한 과황산나트륨(Sodium persulfate) 1/2 몰과 4몰에 대한 수산화나트륨을 증류수 100ml에 각각 용해한 후 초산은이 용해된 70℃의 수용액에 공급하여 Ag로서 1,000ppm농도의 나노크기인 Ag4O4(검회색) 녹조 방제용 산화은 용액(나노은 용액)을 제조하였다.700 ml of distilled water was supplied to a clean beaker of 1,000 ml, and the temperature was maintained at 70 ° C. by a hot palte while stirring at a speed of 850 rpm with a mechanical stirrer. acetate) was accurately weighed and dissolved. Separately, 1 mol of sodium persulfate and 1 mol of sodium persulfate were dissolved in 100 ml of distilled water, respectively, and then supplied to an aqueous solution of 70 ° C. in which silver acetate was dissolved. A silver oxide solution (nanosilver solution) for controlling Ag 4 O 4 (black gray) green algae was prepared.
[실시예 6] 1,000ppm as Ag의 나노미터 크기의 산화은 용액 제조(85℃에서 반응)Example 6 Preparation of a Nanometer Silver Oxide Solution of 1,000 ppm as Ag (reaction at 85 ° C)
반응온도를 85℃에서 수행한 것을 제외하고는 상기 실시예 5와 동일하게 수행하였다.The reaction was carried out in the same manner as in Example 5 except that the reaction temperature was performed at 85 ° C.
[실시예 7] 1,000ppm as Ag의 나노미터 크기의 산화은 용액 제조(100℃에서 반응)Example 7 Preparation of nanometer sized silver oxide solution of 1,000 ppm as Ag (reaction at 100 ° C)
반응온도를 100℃에서 수행한 것을 제외하고는 상기 실시예 5와 동일하게 수행하였다.The reaction was carried out in the same manner as in Example 5 except that the reaction temperature was performed at 100 ° C.
[비교예 1] 출발물질(은염)로 질산은에 의한 100ppm 나노크기의 은금속 용액 제조[Comparative Example 1] Preparation of 100 ppm nanosized silver metal solution by silver nitrate as starting material (silver salt)
깨끗이 세척된 1리터의 비이커에 질산은(Tunsei 사; AgNO3) 0.1575g을 측량하고, 증류수 700ml를 공급한 후 교반하면서 용해하였다. 따로 질산은에 해당되는 화학양론적인 양의 붕소4수소나트륨(Merck 사; Sodium borohydride) 환원제를 증류수에 용해한 후 50,000rpm의 교반속도로 회전하면서 질산은이 용해된 용액에 천천히 적가하여 갈색의 나노은용액을 제조하고, 이를 1리터의 볼륨메트릭 플라스크(Volumetric flask)에 전량 옮긴 후 상하로 진탕하여 100pp인의 나노은 용액을 제조하였다.0.1575 g of silver nitrate (Tunsei Co., AgNO 3 ) was weighed into a 1-liter beaker that was washed thoroughly, and 700 ml of distilled water was supplied, followed by dissolution while stirring. Separately, a stoichiometric amount of sodium nitrate (Merck, Sodium borohydride) reducing agent was dissolved in distilled water, and then slowly added dropwise to a solution containing silver nitrate while rotating at a stirring speed of 50,000 rpm to prepare a brown nanosilver solution. Then, this was transferred to a volume of 1 liter of volumetric flask (Volumetric flask) and shaken up and down to prepare a 100ppin nanosilver solution.
[비교예 2] 출발물질인 질산은에 의한 500ppm 나노크기의 은금속 용액 제조[Comparative Example 2] Preparation of 500 ppm nano-sized silver metal solution using silver nitrate as starting material
질산은을 0.7874g을 측량한 것을 제외하고는 상기 비교예 1과 동일하게 수행하였다.The same procedure as in Comparative Example 1 was conducted except that 0.7874 g of silver nitrate was measured.
[비교예 3] 출발물질인 질산은에 의한 1,000ppm 나노크기의 은금속 용액 제조Comparative Example 3 Preparation of 1,000 ppm Nano-Sized Silver Metal Solution by Silver Nitrate
질산은을 1.5748g을 측량한 것을 제외하고는 상기 비교예 1과 동일하게 수행하였다.The same procedure as in Comparative Example 1 was conducted except that 1.5748 g of silver nitrate was measured.
[비교예 4] 출발물질인 질산은에 의한 5,000ppm 나노크기의 은금속 용액 제조[Comparative Example 4] Preparation of 5,000 ppm nanoscale silver metal solution using silver nitrate as starting material
질산은을 7.8740g을 측량한 것을 제외하고는 상기 비교예 1과 동일하게 수행하였다.Silver nitrate was carried out in the same manner as in Comparative Example 1 except that 7.8740 g of silver nitrate was measured.
[비교예 5] 출발물질인 질산은을 이용한 1,000ppm as Ag의 나노미터 크기의 산화은 용액 제조(70℃에서 반응)[Comparative Example 5] Preparation of nanometer-sized silver oxide solution of 1,000 ppm as Ag using silver nitrate as a starting material (reaction at 70 ° C)
출발물질로 질산은을 1.5748g 용해한 것을 제외하고 상기 실시예 5와 동일하게 수행하였다.The same procedure as in Example 5 was carried out except that 1.5748 g of silver nitrate was dissolved as a starting material.
[비교예 6] 출발물질인 질산은을 이용한 1,000ppm as Ag의 나노미터 크기의 산화은 용액 제조(85℃에서 반응)Comparative Example 6 Preparation of nanometer-sized silver oxide solution of 1,000 ppm as Ag using silver nitrate as a starting material (reaction at 85 ° C)
출발물질로 질산은을 1.5748g 용해한 것을 제외하고 상기 실시예 6과 동일하게 수행하였다.The same procedure as in Example 6 was carried out except that 1.5748 g of silver nitrate was dissolved as a starting material.
[비교예 7] 출발물질인 질산은을 이용한 1,000ppm as Ag의 나노미터 크기의 산화은 용액 제조(100℃에서 반응)Comparative Example 7 Preparation of nanometer-sized silver oxide solution of 1,000 ppm as Ag using silver nitrate as a starting material (reaction at 100 ° C)
출발물질로 질산은을 1.5748g 용해한 것을 제외하고 상기 실시예 7과 동일하게 수행하였다.The same procedure as in Example 7 was carried out except that 1.5748 g of silver nitrate was dissolved as a starting material.
실시예 1 내지 7 및 비교예 1 내지 7에 의해 제조된 은금속 및 산화은의 나노은 용액을 Metrohm사 Ion Liquid Chromatograph에 의해 질산(NO3)의 함량을 확인하였으며, 제조된 유해조류 방제용 나노은의 입자크기는 투과전자현미경(FEI사 Tecnai G2)으로 관찰하였다. 실시예 1 내지 7 및 비교예 1 내지 7에 의해 제조된 나노은 용액의 은금속(Metal silver) 및 산화은(Silver oxide)을 질산으로 산처리 하여 완전 용해시킨 후 Jobin-Yvon Ultima-C Inductively Coupled Plasma-Atomic Emission Spectrometer(ICP-AES)에 의해 은(Ag)의 함량을 확인하였으며, 분석결과 를 하기 표 1 및 도 2에 나타냈다.Nano silver solutions of the silver metal and silver oxide prepared in Examples 1 to 7 and Comparative Examples 1 to 7 were confirmed the content of nitric acid (NO 3 ) by Metrohm's Ion Liquid Chromatograph, the particles of nano silver prepared for controlling harmful algae The size was observed by transmission electron microscope (Tecnai G2, FEI). The silver silver and silver oxide of the nanosilver solutions prepared by Examples 1 to 7 and Comparative Examples 1 to 7 were completely dissolved by acid treatment with nitric acid, and then Jobin-Yvon Ultima-C Inductively Coupled Plasma- The content of silver (Ag) was confirmed by an Atomic Emission Spectrometer (ICP-AES), and the analysis results are shown in Table 1 and FIG. 2.
상기 표 1에서 나타낸 바와 같이 본 발명의 유해조류 방제용 나노은 용액 제조시, 필요로 하는 농도의 은(Ag)을 비교적 정확히 포함시킬 수 있음을 확인할 수 있었으며, 출발물질로 질산은을 사용하면서도 최종적으로는 질산이 거의 없는 나노크기의 은금속 또는 산화은 용액 조성물을 제조할 수 있었으며 도 2에서도 확인하였다. 한편 조제된 은금속 또는 산화은의 나노은 입자크기는 도 3에서 확인 할 수 있듯이 5 내지 50nm 크기 범주에 속하였다.As shown in Table 1, it was confirmed that the preparation of the nanoalgae solution for controlling harmful algae of the present invention could include silver (Ag) of a required concentration relatively accurately, and finally using silver nitrate as a starting material. Nano-sized silver metal or silver oxide solution composition with little nitric acid could be prepared and confirmed in FIG. 2. On the other hand, the nano silver particle size of the prepared silver metal or silver oxide belongs to the size range of 5 to 50 nm as can be seen in FIG.
[실시예 7] 나노크기 나노은 용액의 실내 살조활성 실험Example 7 Room Algae Activity Experiment of Nano-Sized NanoSilver Solution
황산동은 오랫동안 사용되어온 대표적인 무기살조제이다. 그러나 최근 환경 및 인축으로의 copper 축적이 문제시 됨에 따라 그 사용을 제한하고 있기 때문에 이의 대체 살조제 탐색이 요구되고 있는 상황이다. 본 연구는 상기 실시예 3에서 제조된 은금속의 나노은이 황산동에 비해 살조활성에 있어서 어느 정도의 차이가 있는지를 알아보기 위해 실시하였다. Copper sulphate is a representative inorganic killing agent that has been used for a long time. However, as the accumulation of copper into the environment and constriction has been a problem recently, its use has been limited, and therefore, the search for an alternative algae is required. This study was carried out to find out how much the silver metal nano silver prepared in Example 3 in the algae activity compared to copper sulfate.
먼저 우리나라 대표적인 유해 남조류 마이크로시스티스에 대한 활성을 비교하여 보았다. 사용된 남조류 종은 한국생명공학연구원에서 분양받은 단세포 형태의 것으로서 마이크로시스티스 아에루기노사 UTEX 2388이었다. 배양액(알렌 배지)에 계대배양 중인 조류를 접종하여, 조류 농도가 670nm에서 약 0.06 내외의 흡광도가 되도록 하였다. 이 배양액을 100㎖의 배양병에 10㎖씩 분주하고 상기 실시예 3에서 제조한 나노크기의 은금속 용액과 황산동(CuSO4 5H2O)으로 조제한 용액을 균주 배양액에 투여하여 여러 농도로 만든 후, 25℃, 14시간 광주기, 광도 40 내지 60μmolm-2s-1 및 100rpm의 조건에서 배양하였다. 배양 6일째 배양액의 흡광도를 측정하고, 사전에 설정해 둔 흡광도-건물중 상관식(Kim 등, Aquatic Botany 85: 1-6, 2006)을 통해 생육정도를 조사한 후(수학식 1), 시험용액의 담수조류에 대한 방제 효과를 대조군에 대한 건물중 억제정도(%)로 산출하여 나타내었다.First, we compared the activity of the representative harmful cyanobacteria microsis in Korea. The cyanobacteria species used were in the form of single cells distributed by the Korea Research Institute of Bioscience and Biotechnology and were microcistis aeruginosa UTEX 2388. The algae under passage were inoculated in the culture medium (Allen medium) so that the algae concentration was about 0.06 at 670 nm. 10 ml of the culture solution was dispensed into 100 ml culture bottles, and the nano-sized silver metal solution prepared in Example 3 and the solution prepared with copper sulfate (CuSO 4 5H 2 O) were administered to the strain culture solution to make various concentrations. , 25 ° C., 14 hours photoperiod, incubated under conditions of luminous intensity 40-60 μmol −2 s −1 and 100 rpm. The absorbance of the culture solution was measured on the 6th day of culture, and the growth level was investigated through the previously set absorbance-building correlation (Kim et al., Aquatic Botany 85: 1-6, 2006) (Equation 1). The control effect on freshwater algae was expressed as percent inhibition of dry matter in the control group.
하기 표 2에서 확인 할 수 있듯이, 황산동 처리에서는 0.25ug/mL에서 98.6% 억제가 나타났지만 나노은 처리에서는 0.06ug/mL처리에서 비슷한 효과를 보여 나노은이 황산동에 비해 약 4배정도 강한 활성을 나타내었다.As can be seen in Table 2 below, the copper sulfate treatment showed 98.6% inhibition at 0.25 ug / mL, but the nano silver treatment showed a similar effect in the 0.06 ug / mL treatment, and the nanosilver showed about four times stronger activity than the copper sulfate.
한편, 현장에서 자라는 남조류 군체를 이용하여 상기 실시예 3에서 제조한 나노크기의 은금속 용액과 황산동 간의 효능차이를 비교해 보았다. 이를 위해서는 한국화학연구원 소형 pond에서 수집한 마이크로시스티스 니게아 군체를 시험대상 조류로 사용하였다. 즉 부유된 남조류를 수집하여 알렌배지에 희석하고 이를 1L 채수병에 각각 200mL씩 분주하였다. 이때의 조류농도는 엽록소 함량을 기준으로 83.3±2.2ug/L이었다. On the other hand, using the cyanobacteria growing in the field was compared the difference in efficacy between the nano-sized silver metal solution prepared in Example 3 and copper sulfate. To this end, microcistis nige colonies collected from small ponds were used as test birds. In other words, the suspended cyanobacteria were collected and diluted in an allen medium, which was then dispensed in 200 mL each into a 1 L water bottle. At this time, the algae concentration was 83.3 ± 2.2 ug / L based on the chlorophyll content.
그 후 나노은과 황산동 용액(CuSO4.5H2O)을 처리하여 여로 농도로 만든 다음, 처리된 채수병을 27℃ 생장실에 두었다. 그후 7일과 14일째에 조류 배양액을 일정량 취해 GF/F 필터에 여과시키고 에탄올을 가하여 엽록소를 추출한 다음 분광광도계로 750nm, 664.6nm, 648.5nm에서 흡광도를 측정한 다음 엽록소를 정량하였다 (Parsons et al. 1984. A manual of chemical and biological methods for Seawater analysis. 1st ed. Pergamon Press Ltd., Oxford). 본 실험에서는 현장조류와 고염류 배양액을 사용했기 때문에 남조류가 초기에는 우점하였지만 배양 후기에는(배양 10일째 경) 녹조류 및 갈색조류가 새롭게 발생하여 보다 우점하는 경향이었다. 이러한 조건에서 실험한 결과는 하기 표 3에 나타내었다. 약제처리후 7일째에는 나노은 및 황산동 0.1ug/mL 처리에서 각각 80%정도의 생육억제효과를 보여 현저한 활성 차이를 관찰할 수 없었다. 그러나 14일째에서는 처리간 차이가 현저하여 황산동 1.0ug/mL에서는 17.7%의 생육억제 효과를 나타냈지만 나노은에서는 99.5%의 높은 살조력을 유지하였다. 이들의 결과를 보아 나노은은 황산동에 비해 보다 뛰어난 살조효능을 가지고 있어 저농도 처리가 가능함을 확인하였으며 특히 그 효과가 현장조류를 이용하였을 때에 보다 뚜렷하였다. Those placed after nanoeun and copper sulfate solution, while the rating process to handle (CuSO 4 .5H 2 O) created a journey concentration to 27 ℃ growth chamber. After 7 days and 14 days, a certain amount of algal culture was taken, filtered through a GF / F filter, ethanol was added to extract chlorophyll, and then absorbance was measured at 750 nm, 664.6 nm, and 648.5 nm by spectral spectrophotometry. 1984. A manual of chemical and biological methods for Seawater analysis. 1st ed.Pergamon Press Ltd., Oxford. In the present experiment, because the algae and the high salt culture medium were used, the algae predominantly prevailed, but the new green algae and brown algae tended to be more prominent in the late stage of culture (around 10 days). The results of the experiment under these conditions are shown in Table 3 below. On the 7th day after the treatment, the nano silver and copper sulfate 0.1ug / mL treatment showed 80% growth inhibition effect, respectively, and no significant difference in activity was observed. However, on day 14, the difference between treatments was remarkable, showing a 17.7% growth inhibition effect in 1.0 ug / mL of copper sulfate, while maintaining a high killing capacity of 99.5% in nanosilver. From these results, it was confirmed that the nano silver had a better killing effect than copper sulfate, and thus it was possible to process low concentrations, and the effect was more pronounced when using the field algae.
한편 나노은을 처리했을 때 어느정도 살조효과가 지속되는지를 알아보고자 유해 남조류인 마이크로시스티스 단세포 및 군체(colony)를 가지고 실험했을 때 퇴적물 유무에 상관없이 20일 이상 지속적인 효과를 보였고, 또한 현장조건에서 실험할 경우에도 처리 후 20일 정도까지 유해조류 번식을 억제하는 효과를 가졌다. 이는 초음파 처리, 황산동 및 기타 유/무기화합물 처리시 평균 10일 내외의 처리효과를 가지는 것과 비교할 때 상당히 오랫동안 그 효능이 유지됨을 나타내준다. Gibbins & Warner(Medical Device & Diagnostic Industry Magazine, August, 2005)의 보고에 의하면 의료기구에 바이오필름형태로 제조된 나노은 입자는 100 내지 200일 정도로 오랫동안 항균효과를 보인 반면 은이온은 오직 몇일만 효력을 나타내었다고 하였다.On the other hand, in order to find out how much the killing effect lasts when nanosilver is treated, it showed continuous effect over 20 days regardless of the presence of sediment when experimenting with microcystis single cell and colony. In addition, it had an effect of suppressing harmful algae reproduction until about 20 days after treatment. This indicates that the efficacy is maintained for a considerably long time when compared with an average of about 10 days of treatment with ultrasonication, copper sulfate, and other organic / inorganic compounds. According to Gibbins & Warner (Medical Device & Diagnostic Industry Magazine, August, 2005), nanosilver particles produced in biofilms in medical devices have long been antibacterial for as long as 100 to 200 days, while silver ions are only effective for a few days. It was shown.
[실시예 8] 담수조류 생육억제 활성에 미치는 나노크기의 은금속(NS-01)과 산화은(SO-01) 용액 간의 효능 비교Example 8 Comparison of Efficacy Between Nanosized Silver Metal (NS-01) and Silver Oxide (SO-01) Solution on Growth Inhibition Activity of Freshwater Algae
나노은 합성시 실버 옥사이드(silver oxide) 형태로 조제된 산화은(SO-01) 용액과 은금속 형태로 조제된 은금속(NS-01) 용액간의 담수 조류(algae) 생육억제활성 능력을 조사, 비교 하고자 실험하였다. To investigate and compare fresh algae growth inhibitory ability between silver oxide (SO-01) solution prepared in silver oxide form and silver metal (NS-01) solution prepared in silver metal form during nanosilver synthesis Experiment.
시험에 사용된 은금속(NS-01) 용액과 산화은(SO-01) 용액은 각각 상기 실시예 3과 실시예 7에서 제조한 것을 사용하였다. 조류 생장용액(알렌 배지의 4배 희석)을 1L 비커에 500mL를 넣고 여기에 실내에서 키운 녹조류의 일종인 클로렐라 불가리스(Chlorella vulgaris)와 남조류의 일종인 마이크로시스티스 아에루기노사(Microcystis aeruginosa)를 소량씩(세포수 약 100만개/mL) 가했다. 그 후 은금속(NS-01) 용액과 산화은(SO-01) 용액을 여러 농도로 처리 한 다음, 온실조건(최저 15℃/최고 30℃)에 8일 동안 생육시켰다. 조류의 생장억제정도는 녹색발현 정도를 기준으로 달과조사를 통해 조사하였다. The silver metal (NS-01) solution and silver oxide (SO-01) solution used in the test were prepared in Example 3 and Example 7, respectively. 500 mL of algae growth solution (4 times dilution of Allen medium) is placed in a 1 L beaker and Chlorella vulgaris , a green algae, and Microcystis aeruginosa , a cyanobacteria, are grown indoors. Small amount (about 1 million cells / mL) was added. Thereafter, the silver metal (NS-01) solution and the silver oxide (SO-01) solution were treated at various concentrations, and then grown in greenhouse conditions (minimum 15 ° C./maximum 30 ° C.) for 8 days. The growth inhibition of algae was investigated through the lunar survey based on the degree of green expression.
그 결과, 하기 표 4에서 확인 할 수 있듯이 산화은 형태인 산화은(SO-01) 용액이 전반적으로 양호한 활성을 보였으며 특히, 클로렐라에 대한 생육억제활성이 보다 우수하였다. 그러나 산화은(SO-01) 용액은 고온에서 제조해야 하고 조건에 따라 은거울 반응에 따른 은농도가 낮아질 가능성이 있어, 상온에서 조제한 은금속(NS-01) 용액이 보다 실용적일 것으로 판단되었다. As a result, as can be seen in Table 4, the silver oxide (SO-01) solution in the form of silver oxide showed overall good activity, and in particular, the growth inhibition activity against chlorella was better. However, the silver oxide (SO-01) solution should be prepared at a high temperature, and depending on the conditions, the silver concentration may be lowered according to the silver mirror reaction. Therefore, it was determined that the silver metal (NS-01) solution prepared at room temperature would be more practical.
[실시예 9] 나노크기 은금속 용액(NS-01)의 담수조류 5종에 대한 생육억제활성Example 9 Growth Inhibition Activity of Five Freshwater Algae of Nano-sized Silver Metal Solution (NS-01)
나노크기의 은금속 용액이 담수조류 종들에 대해 선택적인 생육억제활성을 가지는지 알아보고자 두 가지 실험 즉, 실내실험과 현장실험을 실시하였다. Two experiments, indoor and field tests, were conducted to determine whether nano-sized silver metal solution had selective growth inhibitory activity against freshwater algae species.
(실내실험)(Indoor experiment)
실내에서 자라는 몇가지 담수조류 종들을 대상으로 은금속(NS-01) 용액의 생 육억제활성 차이를 다음과 같이 조사하였다.Several freshwater algae species growing indoors were investigated for the difference of inhibitory activity of silver metal (NS-01) solution as follows.
본 시험에서의 담수조류는 한국생명공학연구원 생물자원센터에서 분양받은 유해한 남조류 3종[마이크로시스티스 아에루기노사(Microcystis aeruginosa, UTEX 2388), 마이크로시스티스 아에루기노사(Microcystis aeruginosa, NIES107) 및 아나베나 아피니스(Anabaena affinis)]과 유익한 녹조류 2종[클로렐라 불가리스(Chlorella vulgaris) 및 세네데스무스속(Scenedesmus spp.)]를 사용하였다. 배양액(알렌 배지)에 계대배양 중인 상기 조류들을 각각 접종하여, 조류 농도가 670nm에서 약 0.08 내외의 흡광도가 되도록 하였다. 이 배양액을 50㎖의 배양병에 10㎖씩 분주하고 시험 용액 및 대조군 용액 10㎕를 각각 상기 균주 배양액에 투여한 후, 25℃, 14시간 광주기, 광도 40 내지 60μmolm-2s-1 및 100rpm의 조건에서 배양하였다. 녹조류의 경우 5일, 남조류의 경우 6일 동안 배양하였으며, 배양이 종료된 이후 배양액의 흡광도를 측정하여 각 조류의 생장정도를 사전에 설정해 둔 흡광도-건물중 상관식(Kim 등, Aquatic Botany 85: 1-6, 2006)(수학식 1 내지 4)을 통해 조사한 후, 대조군에 대한 건물중 억제정도(%)로 산출하여 표시하였다(수학식 1-마이크로시스티스 아에루기노사, 수학식 2-클로렐라 불가리스, 수학식 3-세네데스무스 속, 수학식 4-아나베나 아피니스).Freshwater algae in this test were three harmful algae ( Microcystis aeruginosa , UTEX 2388) and Microcystis aeruginosa (NIES107). And Anabaena affinis and two beneficial green algae ( Chlorella vulgaris and Scenedesmus spp.). Each of the algae in the subculture was inoculated in a culture medium (Allen medium), so that the algae concentration was about 0.08 at 670 nm. 10 ml of the culture solution was dispensed into 50 ml culture bottles, and 10 µl of the test solution and the control solution were respectively administered to the strain culture medium, followed by a 25 ° C., 14 hour photoperiod, luminous intensity of 40 to 60 μmol-2s-1 and 100 rpm. Cultured under conditions. For 5 days for green algae and 6 days for cyanobacteria, the absorbance of the algae was determined by measuring the absorbance of the culture solution after the incubation was completed. The correlation between the absorbance and the building (Kim et al., Aquatic Botany 85: 1-6, 2006) (Equations 1 to 4), and then calculated as the percent inhibition of dry matter in the control group (Equation 1-microsistis aeruginosa, Equation 2- Chlorella Vulgaris, Equation 3-Senedesmus, Equation 4-Anabena Apinis).
도 4에 표시된 결과에서 볼 수 있듯이, 남조류가 녹조류보다 감수성으로서 선택성 폭은 4 내지 5배 정도였다. 남조류 중에는 Ma(NIES107)가 가장 민감한 반응을 보였고, 다음은 마이크로시스티스 아에루기노사(Microcystis aeruginosa, UTEX 2388), 아나베나 아피니스(Anabaena affinis) 순이었다. 한편 녹조류 중에는 클로렐라 불가리스(Chlorella vulgaris)가 세네데스무스속(Scenedesmus spp.) 보다 민감한 반응을 나타내었다. 본 시험조건에서는 전반적으로 남조류를 억제하고자 할 경우, 0.06 내지 0.25ppm 이 요구되었고 녹조류를 방제하고자 할 경우에는 0.5 내지 1ppm 처리가 요구되었다. 선택성 폭은 4 내지 5배 정도였다.As can be seen from the results shown in Fig. 4, the blue alga was more sensitive than the green alga, and the selectivity was about 4 to 5 times. Among the algae, Ma (NIES107) showed the most sensitive reaction, followed by Microcystis aeruginosa (UTEX 2388), and Anabaena affinis. Chlorella vulgaris showed more sensitive reactions than Scenedesmus spp. In this test condition, 0.06 to 0.25 ppm was required to suppress southern algae, and 0.5 to 1 ppm treatment was required to control algae. The selectivity width was on the order of 4-5 times.
[실시예 10] 나노은 처리 당시의 미세조류 농도에 따른 생육억제 효과 차이 [Example 10] Growth inhibition effect according to the microalgal concentration at the time of nano silver treatment
조류가 대량 발생한 상태에서 이를 제거하려면 많은 비용과 노력이 필요하며 화합물을 처리한다 해도 많은 량이 소요될 것이다. 따라서 경제적으로 녹조문제를 해결하려면 초기발생을 억제해야 하는 바, 이는 사용하는 물질의 성질에 따라 그 효과 차이가 있을 것이다. 본 실험에서는 나노은 처리시 낮은 조류 농도에서 나노 은의 방제효과 여부를 확인하고자 실험하였다. Removing the algae in a large amount of money would require a lot of money and effort, and processing the compound would be expensive. Therefore, in order to solve the problem of green algae, it is necessary to suppress the initial occurrence, which will have a difference in effect depending on the nature of the material used. In this experiment, the experiment was conducted to determine the control effect of nano silver at low algae concentration.
사용한 조류는 한국생명공학연구원에서 분양받은 남조류로서 마이크로시스티스 아에루기노사(Microcystis aeruginosa, UTEX 2388)와 녹조류로서 클로렐라 불가리스(Chlorella vulgaris)를 사용하였다. 알렌배지에 배양중인 상기 조류들을 알렌배지에 희석하여 저농도부터 고농도의 단세포 조류배양액을 준비한 다음, 100mL 유리병에 들어있는 10mL 배지에 상기 실시예 3에서 제조한 나노크기 은금속 용액을 직접 투여하여 남조의 경우 0.006ug/mL, 녹조의 경우 0.1ug/mL 농도로 처리한 다음 생육실 조건(25℃ 항온, 광주기 14시간, 광도 40 내지 50μmolm-2s-1)에 6일 동안 생육시켰다. 모든 처리는 3반복으로 실시하였다. 6일 배양한 후 약제의 효과를 상기 실시예 9에서와 같이 검정하였다.Using algae Chlorella vulgaris were used (Chlorella vulgaris) as rugi Labor (Microcystis aeruginosa, UTEX 2388) and the micro-algae as cyanobacteria during seutiseu Oh received pre-sale at the Korea Research Institute of Bioscience and Biotechnology. Diluting the algae cultured in the allen medium to prepare a low to high concentration of single-cell algal culture medium, and then directly administering the nano-sized silver metal solution prepared in Example 3 to 10mL medium contained in a 100mL glass bottle In the case of 0.006ug / mL, 0.1ug / mL for green algae was treated for 6 days in the growth room conditions (25 ℃ constant temperature, photoperiod 14 hours,
전체적으로 볼 때, 조류 초기농도가 낮을수록 방제에 필요한 나노은의 농도도 낮아졌다. 즉, 단세포 형태의 마이크로시스티스 아에루기노사(Microcystis aeruginosa, UTEX 2388)가 15만개/mL 수준 이하로 존재할 경우에는 본 조건의 실험에서 나노은 6ppb 농도에서도 100% 억제될 수 있음을 보여주었다. 한편 도 5에서 확인 할 수 있듯이 클로렐라 불가리스(Chlorella vulgaris)의 경우도 남조류에서와 비슷한 경향을 보여 85만개/mL 세포농도 수준에서는 나노은 1ppm 농도에서 100% 방제되었으나, 단세포의 클로렐라 불가리스(Chlorella vulgaris) 조류 농도가 11만개/mL 정도일때는 나노은 0.1ppm 처리에서도 100% 억제되었다. 이는 조류 발생 초기에 화합물을 처리하면 보다 저농도를 가지고서도 조류 대발생을 차단할 수 있음을 보여주는 결과라고 여겨지며, 아울러 낮은 농도의 살조제 처리로 인해 수생태 환경 에 미치는 영향도 매우 약하리라 판단된다.Overall, the lower the algal initial concentration, the lower the concentration of nanosilver needed for control. In other words, when the monocytic microcystis aeruginosa (UTEX 2388) is present at a level of 150,000 / mL or less, the experiments in this condition showed that the nanoparticles could be 100% inhibited even at 6 ppb concentration. On the other hand, as can be seen in Figure 5 Chlorella vulgaris ( Clorella vulgaris ) also showed a similar tendency to cyanobacteria, at the level of 850,000 cells / mL, 100% nano-controlled at 1ppm concentration, but a single cell Chlorella vulgaris algae When the concentration was about 110,000 / mL, the nano silver was 100% inhibited even at 0.1 ppm treatment. This is considered to be the result showing that the treatment of the compound at the early stage of algae generation can block algae generation at a lower concentration, and the impact on the aquatic environment is very weak due to the low concentration of algae.
지금까지 실험의 경우는 실내에서 배양중인 단세포 조류와 영양분이 낮은 배양액 조건에서 실험한 것이다. 이러한 경향이 보다 현장에 가까운 조건하의 실험에서도 같은 경향이 나타나는지를 알아보기 위하여 다음과 같이 실험해 보았다. So far, the experiments have been conducted in single cell algae cultured in the room and low nutrient solution conditions. In order to find out whether this tendency is the same in the experiments near the field, the following experiment was conducted.
한국화학연구원 소형 pond에서 수집한 마이크로시스티스 니게아(Microcystis nigea) 군체(colony)를 알렌배지에 여러 농도로 희석하고 이를 100mL PET병에 각각 20mL 씩 분주하였다. 이때의 조류농도는 엽록소 함량을 기준으로 7.7 내지 512.5 ug/L이었다. Microcystis nigea colonies collected from a small pond of the Korea Research Institute of Chemical Technology were diluted in allenzymes at different concentrations and dispensed 20mL each in 100mL PET bottles. At this time, the algal concentration was 7.7 to 512.5 ug / L based on the chlorophyll content.
그 후 상기 실시에 3에서 제조된 나노크기의 은금속 용액을 최종농도가 0.1 ug/mL되도록 처리하였다. 이를 27℃ 생장실(14시간 광주기, 광도 40 내지 50μmolm-2s-1,)에 8일 배양하였다. 각 조류농도의 무처리군과 나노은 처리군의 조류 배양액을 일정량 취해 GF/F 필터에 여과시키고 에탄올을 가하여 엽록소를 추출한 다음 분광광도계로 750nm, 664.6nm, 648.5nm에서 흡광도를 측정한 다음 엽록소를 정량하였다(Parsons et al. 1984. A manual of chemical and biological methods for Seawater analysis. 1st ed. Pergamon Press Ltd., Oxford). 처리 후 8일 째에는 남조류와 더불어 녹조 및 갈색편모조류가 발생되기 시작하였는 바, 이들 전체의 생육억제정도를 엽록소 함량조사를 통해 분석했을 때 하기 표 5와 같았다. 즉 나노은 0.1ug/mL 처리당시 엽록소 a 함량이 512.5, 138.5, 40.5ug/L 수준이었을 때 각각 51.2%, 96.8%, 99.0% 억제효과를 나타내 처리당시 조류 농도가 낮을수록 방제효과가 높음을 확인하였다. 상기 결과를 기준으로 검토해 보았을 때, 나노은 0.1ug/mL 처리로 90% 이상의 살조효과를 얻기 위해서는 조류의 초기농도가 221 ug/L 이하인 시기에 처리해야 한다는 결론을 얻었다. Then, the nano-sized silver metal solution prepared in Example 3 was treated to a final concentration of 0.1 ug / mL. This was incubated for 8 days in a 27 ℃ growth chamber (14 hours photoperiod, light intensity 40-50μmolm-2s-1,). Take a certain amount of algae culture solution of each algae concentration and nano silver treatment group, filter it through GF / F filter, extract chlorophyll by adding ethanol, measure absorbance at 750nm, 664.6nm, 648.5nm, and quantitate chlorophyll. (Parsons et al. 1984. A manual of chemical and biological methods for Seawater analysis. 1st ed. Pergamon Press Ltd., Oxford). On the 8th day after the treatment, green algae and brown flagella algae began to develop along with the algae, and the growth inhibition of the whole was as shown in Table 5 below when the chlorophyll content was analyzed. In other words, the nano silver showed 51.2%, 96.8%, and 99.0% inhibitory effects when the chlorophyll a content was 512.5, 138.5, and 40.5ug / L at the time of 0.1ug / mL treatment, respectively. . Based on the above results, it was concluded that nano silver should be treated at a time when the initial concentration of algae is 221 ug / L or less in order to obtain a 90% algae effect with 0.1 ug / mL treatment.
따라서 이상의 결과는 현장에서 나노은 처리시 조류가 많이 발생했을 때보다는 적게 발생했을 때 처리하는 것이 방제효과를 높일 수 있고, 아울러 초기발생시 처리하면 저농도 처리가 가능함으로 경제성 및 환경친화성 측면에서도 유리할 수 있음을 보여준다. Therefore, the above results indicate that the treatment of nano silver in the field can be enhanced when it occurs less than when algae are generated. In addition, it can be advantageous in terms of economic efficiency and environmental friendliness because it can be treated in low concentration when treated early. Shows.
[실시예 11] 나노은의 살조효능 증진을 위한 혼합처리 효과 조사Example 11 Investigation of Mixing Effect for Improving Algal Activity of Nano Silver
나노은는 살조효능이 매우 우수하지만 원료가격이 비싼 편이다. 그리고 여러 생물에 대한 광범위 활성을 가지고 있기 때문에 고농도 처리시 수중생태계의 유익한 생물들도 모두 사멸시킬 수도 있다. 따라서 가능한 한 낮은 농도의 처리가 필요한 바, 이를 위해서는 나노은과 상승작용을 가지는 화합물을 탐색하여 이용하는 방안이 강구되어야 한다. 어떤 약제의 상승효과는 매우 많은 요인에 의해 좌우되기 때문에 쉽게 예측할 수 없으며 대상생물 및 화합물 종류에 따라 달리 나타날 수 있 기 때문에 모든 경우의 실제 실험을 거쳐 결과를 판단해야 한다. 이러한 목적으로 수행된 연구는 항균작용 실험에서 은이온/은염과 상승작용을 가지는 화합물의 탐색, 보고가 있었지만(de Souza A. et al. 2006. Current Sci. 91: 926-929; Pedahzur et al. 1995. Water Science and Technology 31: 123-129; Orta De Velasquez et al. 2008, Environ. Tech. 29: 1209-1217) 살조작용 부문에서 특히 나노은 물질을 가지고 수행한 연구는 전혀 없는 실정이다. 대표적인 연구사례에 의하면 다약제 내성을 가지는 대장균(E. coli) 및 녹농균(Pseudimonas aeruginosa)의 생육억제에 대해 항생제 세티지디메(Ceftizidime)는 은(silver)과 상승작용을 가졌다. 카나마이신(Kanamycin)은 다약제 내성을 가지는 대장균(E. coli) 생육억제에 대해 은과 상승작용을 나타낸다. 아미카신(Amikacin) 역시 MRSA(Methicillin-resistant Staphylococcus aureus)에 대해 은과 상승작용을 가진다(de Souza A. et al. 2006. Current Sci. 91: 926-929).Nano silver has a very good killing effect, but the raw material price is high. And because of its broad activity against many organisms, it can kill all the beneficial organisms of the aquatic ecosystem at high concentrations. Therefore, as low concentration as possible is required. For this, a method of searching for and using a compound having a synergy with nano silver should be devised. Since the synergistic effect of a drug depends on many factors, it cannot be easily predicted and may vary depending on the organism and compound type. Studies conducted for this purpose have been conducted to search for and report synergistic compounds with silver ions / silver salts in antimicrobial experiments (de Souza A. et al. 2006. Current Sci. 91: 926-929; Pedahzur et al. 1995. Water Science and Technology 31: 123-129; Orta De Velasquez et al. 2008, Environ. Tech. 29: 1209-1217. Representative studies show that antibiotic Ceftizidime synergizes with silver against growth inhibition of multidrug resistant E. coli and Pseudimonas aeruginosa . Kanamycin is synergistic with silver against multidrug resistant E. coli growth. Amikacin also synergizes with silver against MRSA (Methicillin-resistant Staphylococcus aureus) (de Souza A. et al. 2006. Current Sci. 91: 926-929).
실험 1: 실내배양중인 남조류를 이용한 실험Experiment 1: Experiment with Cyanobacteria in Indoor Culture
나노은 용액은 사익 실시예 3에서 제조된 나노크기의 은금속 용액을 사용하였고, 기타 시험화합물은 시그마-알드리히 시약회사로부터 구입하여 사용하였다. 수용성 화합물(메나디온염(MSB), H2O2, Acetic acid)는 물에 녹여 사용했지만 크리소파놀(chrysophanol)과 에모딘(emodin)은 계면활성제 트윈20이 섞인 아세톤에 녹여 사용하였으며 이들의 최종 농도는 아세톤 0.5%, 트윈 20 0.5ppm이었다. Nano silver solution was used nano-sized silver metal solution prepared in Sykes Example 3, and other test compounds were purchased from Sigma-Aldrich reagent company. Water-soluble compounds (menadione salt (MSB), H 2 O 2 , Acetic acid) were dissolved in water, but chrysophanol and emodin were dissolved in acetone mixed with
구체적으로 나노은 용액은 최종 농도로 0.0 내지 0.05㎍/㎖, 크리소파놀과 에모딘은 최종농도로 0.0 내지 0.5㎍/㎖의 범위에서, 메나디온염(MSB)는 최종농도로 0.0 내지 0.25㎍/㎖ 범위에서 나노은 물질에 상기 각 화합물을 가하여 여러 농도의 혼합물을 조제한 후, 유해조류로서 남조류인 마이크로시스티스 아에루기노사(Microcystis aeruginosa UTEX 2388)에 대한 생육억제활성을 확인하였다. 즉, 배양액(알렌 배지)에 계대배양중인 마이크로시스티스 아에루기노사를 접종하였으며 이 때의 조류 초기농도는 배양액 내의 최종 농도가 미세평판 검출기(microplate reader)를 이용하여 670nm에서 약 0.06의 흡광도가 되도록 하였다. 이를 50㎖의 배양병에 10㎖ 분주한 후 상기 시험 약제를 투여한 후 이를 25℃, 14시간 광주기, 광도 40 내지 60μmolm-2s-1 조건에서 배양하였다. 시험 용액 처리 후 6일째에 흡광도를 측정하여 각 조류의 생장정도를 사전에 설정해 둔 흡광도-건물중 상관식(수학식 1)을 통해 조사한 후, 상기 방제용 조성물의 조류 방제 효과를 대조군에 대한 건물중 억제정도(%)로 산출하였다.Specifically, the nanosilver solution has a final concentration of 0.0-0.05 µg / ml, chrysophanol and emodine in the final concentration range of 0.0-0.5 µg / ml, and the menadione salt (MSB) has a final concentration of 0.0-0.25 µg / ml. After the preparation of a mixture of various concentrations by adding each compound to the nanosilver material in the ㎖ range, it was confirmed the growth inhibitory activity against microcystis aeruginosa UTEX 2388 as a harmful algae. In other words, the culture medium (Allen medium) was inoculated with microcistis aeruginosa subcultured at this time, the initial concentration of the algae was absorbed at a concentration of about 0.06 at 670 nm using a microplate reader It was made. This was dispensed with 10 ml in a 50 ml culture bottle, and the test agent was administered and then cultured under 25 ° C., 14 hour photoperiod, and light intensity of 40 to 60 μmolm-2s-1. 6 days after treatment of the test solution, the absorbance was measured and the degree of growth of each algae was investigated through the absorbance-building correlation equation (Equation 1), which was set in advance, and the algae control effect of the control composition was compared to that of the control group. It was calculated as the degree of inhibition (%).
두 혼합물간의 상호작용은 콜비 방법(Colby S.R.. Weeds 15: 20-22, 1967)으로 평가하였다. 만일 혼합제 처리에 의해 나타난 실제의 방제가(실측치, observed value)가 기대치(수학식 5에 의해 구해진 값, expected value) 보다 클 경우는 상승작용, 같을 경우는 상가작용, 작을 경우는 길항작용을 나타내는 것이다.The interaction between the two mixtures was evaluated by Colby S.R .. Weeds 15: 20-22, 1967. If the actual control value (observed value) shown by the mixing agent treatment is greater than the expected value (expected value calculated by
실험 결과, 나노은과 크리소파놀 두 성분을 혼합할 경우 도 6의 결과에서도 확인 할 수 있듯이 상가작용성이 관찰되는 농도도 있었지만 농도조합에 따라 양호한 상승작용(예 나노은 0.0125㎍/㎖ + 크리소파놀 0.25㎍/㎖)을 나타내었다. 또한 나노은과 에모딘 두 성분을 혼합할 경우 도 7의 결과와 같이 대부분의 농도조합에서 양호한 상승작용(예 나노은 0.0125㎍/㎖ + 에모딘 0.25 내지 0.5㎍/㎖)을 나타내었을 뿐만 아니라 나노은과 메나디온염(MSB) 두 성분을 혼합할 경우 도 8에서와 같이 대부분의 농도조합에서 양호한 상승작용(예 나노은 0.0125㎍/㎖ + 메나디온염(MSB) 0.06 내지 0.25㎍/㎖, 나노은 0.025㎍/㎖ + 메나디온염(MSB) 0.06㎍/㎖)을 나타내었다. 이러한 경향은 메나디온염(MSB)의 유효성분인 메나디온과 혼합에서도 동일하게 확인되었다.As a result, when the two components of nanosilver and chrysopanol were mixed, there was also a concentration where additive functionality was observed, as shown in the results of FIG. 6, but the synergy was good depending on the combination of concentrations (eg, nano silver 0.0125 µg / ml + chrysophanol). 0.25 μg / ml). In addition, when the two components of nanosilver and emodine were mixed, as shown in the result of FIG. 7, the synergy (eg, nanosilver 0.0125 µg / ml + Emodine 0.25 to 0.5 µg / ml) showed not only a good synergy. Mixing of the two components of dione salt (MSB) shows good synergy at most concentration combinations (eg, nano silver 0.0125 μg / ml + menadione salt (MSB) 0.06 to 0.25 μg / ml, nano silver 0.025 μg / ml) + Menadione salt (MSB) 0.06 μg / ml). This tendency was similarly confirmed in mixing with menadione, an active ingredient of menadione salt (MSB).
실험 2: 현장조류를 이용한 나노은+과산화수소 합제실험Experiment 2: Nano silver + hydrogen peroxide mixture experiment using field algae
한편 과산화수소와의 혼합처리 효과를 조사한 경우는 현장에서 자라는 남조류 군체를 이용하여 실험하였다. 이를 위해서는 한국화학연구원 소형 pond에서 수집한 마이크로시스티스 니게아 군체 우점 재료를 시험대상 조류로 사용하였다. 즉 부유된 남조류 우점 조류를 수집하여 알렌배지에 희석하고(이때의 조류농도는 엽록 소 a 함량을 기준으로 216.9±11.6ug/L 이었음), 이를 200mL PET병에 50mL씩 분주하였다. 그 후 나노은 용액은 0.0 내지 0.4 ug/ml 농도범위에서, 과산화수소는 0 내지 40ug/ml 농도범위에서 각각 단독 또는 혼합처리하여 여러 농도조합을 만들었다. 이렇게 처리된 배양액은 27℃ 항온 생장실(광주기 14시간, 광도 40 내지 50μmolm-2s-1 조건)에 두고 생육시켰다. 배양 7일과 14일째에 조류 배양액 일정량을 취해 GF/F 필터에 여과시키고 에탄올을 가하여 엽록소를 추출한 다음 분광광도계로 750nm, 664.6nm, 648.5nm에서 흡광도를 측정한 다음 엽록소를 정량하였다(Parsons et al. 1984. A manual of chemical and biological methods for Seawater analysis. 1st ed. Pergamon Press Ltd., Oxford). 각 처리구의 살조능은 대조구의 엽록소 함량대비 억제%로 나타내었고, 두 혼합물간의 상호작용은 상기에 기술한 바와 같이 콜비 방법으로 평가하였다. 그 결과 도 9에서도 확인 할 수 있듯이 배양 7일과 14일째 조사한 모든 경우에서 나노은과 과산화수소는 남조류를 비롯하여 여러 종류의 조류가 혼생하고 있는 현장조건의 미세조류 생육억제활성에 있어서 매우 강한 상승작용이 있음을 확인하였다. 은이온과 과산화수소간의 미생물 사멸관련 상승작용에 대한 보고는 배설물 대장균(Pedahzur et al. 1995. Water Science and Technology 31: 123-129) 및 여러 가지 병원성 미생물(Vibrio cholerae, Salmonella spp., Shigella spp., Pseudomonas aeruginosa)에 대해서는 보고된 적이 있었지만(Orta De Velasquez et al. 2008, Environ. Tech. 29: 1209-1217) 유해조류를 포함한 담수조류 살조능에 있어서의 상승작용은 아직 보고되어 있지 않았던 내용이며 더욱이 나노은의 경우도 같은 효과를 가진다는 연구 사실은 본 보고가 처 음이다. On the other hand, the effects of the mixed treatment with hydrogen peroxide were tested using the cyanobacteria colonies growing in the field. For this purpose, microcistis nige colony predominant material collected from small pond of Korea Research Institute of Chemical Technology was used as the algae to be tested. That is, the suspended algae predominant algae were collected and diluted in the allen medium (at which the algae concentration was 216.9 ± 11.6 ug / L based on the chlorophyll a content) and 50 mL were dispensed in 200mL PET bottles. Afterwards, the nanosilver solution was prepared in a concentration range of 0.0 to 0.4 ug / ml, and hydrogen peroxide in a range of 0 to 40 ug / ml. The culture solution thus treated was grown in a 27 ° C. constant temperature growth room (14 hours of light cycle, conditions of 40-50 μmolm-2s-1 light intensity). At 7 and 14 days of culture, a certain amount of algal culture was taken, filtered through a GF / F filter, chlorophyll was extracted by adding ethanol, and then absorbance was measured at 750 nm, 664.6 nm, and 648.5 nm by spectrophotometer. 1984. A manual of chemical and biological methods for Seawater analysis. 1st ed.Pergamon Press Ltd., Oxford. The killing ability of each treatment was expressed as% inhibition relative to the chlorophyll content of the control, and the interaction between the two mixtures was evaluated by Colby method as described above. As can be seen in FIG. 9, in all cases irradiated at 7 and 14 days of culture, nanosilver and hydrogen peroxide have a very strong synergistic effect on microalgae growth inhibitory activity in the field conditions in which various algae including algae are mixed. Confirmed. A report on the synergy associated with microbial killing between silver ions and hydrogen peroxide has been reported in fecal coliforms (Pedahzur et al. 1995. Water Science and Technology 31: 123-129) and various pathogenic microorganisms ( Vibrio cholerae , Salmonella spp., Shigella spp., Pseudomonas aeruginosa has been reported (Orta De Velasquez et al. 2008, Environ. Tech. 29: 1209-1217). Synergy in freshwater algae including harmful algae has not been reported yet. This report is the first time that research has the same effect.
실험 3: 현장조류를 이용한 나노은+초산 또는 과초산 합제실험Experiment 3: Nano silver + acetic acid or peracetic acid mixture experiment using field algae
초산은 산성 물질로서 인축독성이 약하고 냄새 제거나 항균효과를 가지기 때문에 오래전부터 사용되어 왔고, 이끼나 조류 생육 억제효과도 있는 것으로 알려져 수족관 등에서 일부 사용되고 있다. 그러나 본 발명에서는 초산 또는 과초산 물질이 나노은과 혼합처리시 어떠한 상호작용이 있는지를 조사하기 위해서 실험하였다. 본 실험의 경우도 현장에서 자라는 남조류 군체 즉, 한국화학연구원 소형 pond에서 수집한 마이크로시스티스 니게아 군체가 우점하는 재료를 시험 조류로 사용하였다. 수집된 시험 조류를 알렌배지에 희석하고(이때의 조류농도는 엽록소 a 함량을 기준으로 164.5ug/L 이었음), 이를 100mL 관병에 20mL씩 분주하였다. 그 후 나노은 용액은 0.0 내지 0.4ug/ml 농도범위에서, 초산(시그마-알드리히사, 순도 99%) 또는 과초산(본 실험실에서 제조, 순도 5%)은 0 내지 100ug/ml 농도범위에서 각각 단독 또는 혼합처리하여 여러 농도조합을 만들었다. 이렇게 처리된 배양액은 27℃ 항온 생장실(광주기 14시간, 광도 40 내지 50μmolm-2s-1 조건)에 두고 생육시켰다. 배양 6일 또는 12일째에 조류 배양액의 일정량을 취해 GF/F 필터에 여과시키고 에탄올을 가하여 엽록소를 추출한 다음 분광광도계로 750nm, 664.6nm, 648.5nm에서 흡광도를 측정한 다음 엽록소를 정량하였다(Parsons et al. 1984. A manual of chemical and biological methods for Seawater analysis. 1st ed. Pergamon Press Ltd., Oxford). 각 처리구의 살조능은 대조구의 엽록소 함량대비 억제%로 나타내었고, 두 혼합물간의 상호작용은 상기에 기술한 바와 같이 콜비 방법으로 평가하였 다. Acetic acid is an acidic substance, which has been used for a long time because of its weak toxic toxicity, odor removal, and antibacterial effect. However, in the present invention, the experiment was conducted to investigate what kind of interaction of acetic acid or peracetic acid material was mixed with nano silver. In the case of this experiment, the material of the algae colonies growing in the field, that is, the microcistis nige colonies collected from the small pond of Korea Research Institute of Chemical Technology, was used as the test algae. The collected test algae were diluted in allen medium (the algal concentration at this time was 164.5 ug / L based on the chlorophyll a content) and 20 mL were dispensed in 100 mL vials. The nanosilver solution is then in the concentration range of 0.0 to 0.4 ug / ml, acetic acid (Sigma-Aldrich, 99% purity) or peracetic acid (manufactured in our laboratory,
실험 결과, 초산은 부유성 남조류의 세포를 빠르게 침강시키는 효과가 있었다. 이는 유해 남조류의 광합성능을 약화시켜 생육억제를 유기시키는 부차적인 효과를 가질 수 있음을 의미한다. 한편 초산은 용액의 산성을 높이기 때문에 비교적 높은 알카리성에서 잘 자라는 유해 남조류의 생장을 불리하게 하는 역할도 하는 것 같다. 나노은과 초산간의 혼합처리시 처리 후 6일째 특히 나노은 0.1ppm + 초산 50ppm의 농도범위에서 양호한 상승작용이 관찰되었다. 한편 나노은과 과초산간의 혼합처리의 경우는 도 10의 결과에서 확인 할 수 있듯이 처리 후 8일째에는 상가적 작용이 나타났지만 처리 후 12일째에는 강한 상승작용이 관찰되었다.As a result, acetic acid had the effect of rapidly settling the cells of floating cyanobacteria. This means that it may have a secondary effect of weakening the photosynthetic performance of harmful cyanobacteria to induce growth inhibition. Acetic acid, on the other hand, increases the acidity of the solution, and therefore appears to play a role in detrimental growth of harmful algae that grow well in relatively high alkalinity. On the sixth day after the treatment between the nano silver and acetic acid, good synergy was observed in the concentration range of 0.1 ppm + 50 ppm acetic acid. On the other hand, in the case of the mixed treatment between nano silver and peracetic acid, as shown in the results of FIG. 10, an additive action appeared on the 8th day after the treatment, but a strong synergy was observed on the 12th day after the treatment.
은이온과 과초산은 병원성 미생물의 불활성화에 상승효과가 있었으며 혼합처리는 기생충알의 제거 효과에서 가장 좋았다는 보고가 있지만(Orta De Velasquez et al. 2008, Environ. Tech. 29: 1209-1217) 유해조류를 포함한 담수조류 살조능에 있어서의 상승작용은 아직 보고되어 있지 않았던 내용이며 더욱이 나노은의 경우도 같은 효과를 가진다는 연구 사실은 본 보고가 처음이다. Silver ions and peracetic acid had a synergistic effect on the inactivation of pathogenic microorganisms, and mixed treatments were reported to be the most effective in removing parasite eggs (Orta De Velasquez et al. 2008, Environ. Tech. 29: 1209-1217). Synergy in freshwater algae killing, including algae, has not been reported yet, and this report is the first time that nanosilver has the same effect.
[실시예 12] 현장조건에서 나노은+메나디온염(MSB) 혼합물 처리의 살조활성 특성Example 12 Algal Activity Characteristics of Nanosilver + Menadione Salt (MSB) Mixture Treatment at Field Conditions
상기 실시예 11에서 보는바와 같이 나노은+메나디온염(MSB)는 유해남조류 살조능에 있어서 상승작용을 가지며 두 화합물 모두 녹조류 보다는 남조류에 대한 생육억제 능력이 높아 선택성을 가진다. 따라서 이러한 특징이 실제 현장조건에서도 잘 반영되어 나타나는지를 확인하고자 현장실험을 실시하였다. As shown in Example 11, the nano silver + menadione salt (MSB) has a synergistic effect on the harmful algae killing ability and both compounds have higher selectivity to inhibit the growth of algae than green algae. Therefore, field experiments were conducted to confirm whether these characteristics are well reflected in actual field conditions.
실험은 호수 상류지역에 4.5톤 용량의 메조코즘을 설치하고 상기 메조크즘 내에 3.375톤의 현장수를 채웠다. 그 후 상기 실시예 3에서 제조된 나노크기의 은금속 용액과 메나디온염(MSB)의 최종농도가 각각 0.5, 10ug/mL 수준이 되도록 혼합처리하였다. 약제처리 후 20일째에 각 시험구로부터 시료를 취하여 고정시킨 다음 현미경 검경을 통해 발생 및 잔존 조류의 개수를 파악하고 이들의 무처리 대비 상대적인 분포 비율을 그림으로 표시하였다. 즉, Van Dorn 채수기로 현장의 표층수를 채수한 후, 루골(Lugol iodine) 용액으로 고정, 실험실에서 72시간 이상 침강시킨 후 시료의 조류 농도에 따라 2 내지 5배 농축하였다. 농축한 시료는 잘 혼합한 후, Sedgwick-Rafter Counting Chamber에 시료 1ml을 옮긴 후 10분 이상 침전시킨 다음 광학현미경 하에서 군체 또는 세포수를 계수하였다. The experiment set up a 4.5 tonne capacity mesocosm upstream of the lake and filled 3.375 tons of field water within the mesocism. Thereafter, the nanoscale silver metal solution prepared in Example 3 and the mixed concentration so that the final concentration of the menadione salt (MSB) to 0.5, 10ug / mL level respectively. On the 20th day after the treatment, samples were taken from each test fixture and fixed. Then, the number of generated and remaining algae was determined by microscopy and the ratio of the relative distribution to the untreated was plotted. That is, the surface water of the field was collected by Van Dorn water collector, fixed with Lugol iodine solution, settled in the laboratory for 72 hours or more, and concentrated 2 to 5 times according to the algae concentration of the sample. The concentrated sample was mixed well, 1 ml of the sample was transferred to a Sedgwick-Rafter Counting Chamber, and then precipitated for 10 minutes or longer, and the number of colonies or cells was counted under an optical microscope.
조류(algae)는 살조제 처리전에 남조류(83.1 내지 90.5%)가 대부분을 차지하며 우점하였고, 녹조류 (5.0 내지 8.2)와 유글레나류(3.0 내지 6.1%)가 조금 나타났다. 가장 우점한 종은 남조류 마이크로시스티스 아에루기노사(Microcystis aeruginosa)로서 조사되었다. 나노은과 메나디온염(MSB)을 혼합처리했을 때, 본 혼합 조성물은 녹조류 세네데스무스 에코니스(Scenedesmus ecornis)와 규조류 사이클로텔라 속(Cyclotella spp.)에 비교하여 남조류 마이크로시스티스 아에루기노사(Microcystis aeruginosa)와 폴미디움 속(Phormidium sp.)를 선택적으로 보다 높게 억제하였다. 녹조류 전체에 대해서는 약제처리로 인해 오히려 생육이 증가된 것처럼 보이나 남조류에 대해서는 98% 이상의 높은 억제효과를 나타내는 특징을 보였다. Algae predominantly occupied with southern algae (83.1 to 90.5%) before algae treatment, and a little green algae (5.0 to 8.2) and euglena (3.0 to 6.1%) appeared. The most predominant species was investigated as Microcystis aeruginosa . When the nanosilver and menadione salt (MSB) are mixed, the present mixture composition is compared to the green alga Scenedesmus ecornis and the diatom Cyclotella spp. ( Microcystis aeruginosa ) and Phormidium sp. Were selectively inhibited higher. The growth of green algae seemed to increase due to drug treatment, but showed a high inhibitory effect of over 98% for algae.
도 1은 질산이 거의 없는 나노은 용액 제조과정과 이를 함유하는 유해조류 방제용 조성물의 모식도이다.1 is a schematic diagram of a process for preparing a nanosilver solution having little nitric acid and a composition for controlling harmful algae containing the same.
도 2는 본 발명의 실시예 3에서 제조된 나노크기 은금속 용액의 투과전자현미경 사진이다. 2 is a transmission electron micrograph of the nano-sized silver metal solution prepared in Example 3 of the present invention.
(A: 분산제 처리 전, B: 분산제 처리 후)(A: before dispersant treatment, B: after dispersant treatment)
도 3은 본 발명의 실시예 7에서 제조된 나노크기 산화은 용액의 투과전자현미경 사진이다3 is a transmission electron micrograph of the nano-size silver oxide solution prepared in Example 7 of the present invention
도 4는 나노크기 은금속 용액(NS-01)의 담수조류 5종(남조류 3종, 녹조류 2종)에 대한 생육억제활성을 나타낸 그림이다.Figure 4 is a diagram showing the growth inhibitory activity for five freshwater algae (three algae, two green algae) of the nano-size silver metal solution (NS-01).
도 5는 본 발명에 따른 나노은 처리당시의 단세포 미세조류 농도에 따른 생육억제 효과 차이를 나타낸 그림이다. Figure 5 is a diagram showing the difference in growth inhibition effect according to the concentration of unicellular microalgae at the time of nanosilver treatment according to the present invention.
도 6은 본 발명에 따른 나노은 용액과 크리소파놀 혼합처리의 마이크로시스티스의 생육억제활성의 상승작용을 나타낸 그림이다. Figure 6 is a diagram showing the synergistic effect of the growth inhibition activity of the microcistis of the nanosilver solution and chrysophanol mixing treatment according to the present invention.
도 7은 본 발명에 따른 나노은 용액과 에모딘 혼합처리의 마이크로시스티스의 생육억제활성의 상승작용을 나타낸 그림이다. Figure 7 is a diagram showing the synergistic action of the growth inhibitory activity of the microcistis of the nanosilver solution and emodine mixed treatment according to the present invention.
도 8은 남조류 마이크로시스티스의 생육억제활성에 미치는 본 발명에 따른 나노은 용액과 메나디온염(MSB) 혼합처리의 마이크로시스티스의 생육억제활성의 상승작용을 나타낸 그림이다. 8 is a diagram showing the synergistic effect of the growth inhibition activity of the microcistis in the nano silver solution and menadione salt (MSB) mixed treatment according to the present invention on the growth inhibitory activity of cyanobacteria microsis.
도 9는 본 발명에 따른 나노은 용액과 과산화 수소 혼합처리의 마이크로시스 티스의 생육억제활성의 상승작용을 나타낸 그림이다.9 is a diagram showing the synergistic action of the growth inhibitory activity of the microsis of the nanosilver solution and hydrogen peroxide mixed treatment according to the present invention.
도 10은 본 발명에 따른 나노은 용액과 과초산 혼합처리의 마이크로시스티스의 생육억제활성의 상승작용을 나타낸 그림이다. 10 is a diagram showing the synergistic action of the growth inhibitory activity of the microcistis of the nano silver solution and peracetic acid mixed treatment according to the present invention.
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