KR101309450B1 - 수용성 유기점토를 이용한 유해조류 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수용성 유기점토를 이용한 유해조류 제어방법에 관한 것으로 더욱 상세하게는 마그네슘 또는 칼슘 필로실리케이트 및 이를 이용한 유해조류 제어방법에 관한 것이다.
본 발명의 수용성 유기점토는 유해조류의 세포막에만 영향을 미칠 뿐 여타 해양 생태계에 전혀 다른 영향을 미치지 않으므로 유해조류만을 선택적으로 억제하는 효과가 탁월하다.

Description

수용성 유기점토를 이용한 유해조류 제어방법{Method for controlling harmful algae using organic clay}

본 발명은 수용성 유기점토를 이용한 유해조류 제어방법에 관한 것으로 더욱 상세하게는 수용성 유기점토 중 마그네슘 필로실리케이트 또는 칼슘 필로실리케이트를 이용한 유해조류 제어방법과 관련된다. 그러므로 환경오염 특히 해양환경오염을 억제하고 방지할 수 있는 분야의 기수과 관련되며, 무기 나노 수준의 입자를 활용하는 기술을 활용하고 있으므로 바이오 나노 분야의 기술과도 연관된다.

적조(red tide) 현상이란 해양 미생물(동·식물 플랑크톤, 원생동물, 박테리아)의 폭발적 증식으로 인해 해수가 변색되고, 해양 생물들이 피해를 입는 현상을 말한다. 적조 현상을 일으키는 원인 생물은 식물 플랑크톤으로 규조류(diatom), 편모조류(dinoflagellate), 남조류(blue-green algae), 미세조류(microalgae) 등과 섬모충류 등으로 우리나라에서 발견된 것만도 50여 종이나 된다. 플랑크톤의 종류에 따라 바닷물의 색깔은 적색으로 국한되지 않고 다갈색, 청색, 백색 등으로 나타나기도 한다. 우리나라에서 적조 현상을 일으키는 생물들을 계절별로 살펴보면, 봄철에는 스켈레토네마(Skeletonema) 속, 케토세로스(Chaetoceros) 속에 속하는 규조류 등이 있고, 초여름에는 헤테로시그마(Heterosigma) 속, 프로로센트룸(Prorocentrum) 속의 소형 편모조류 등이 있으며, 늦은 여름철에서 가을철까지는 대형의 세라티움(Ceratium)속, 짐노디니움(Gymnodinium) 속, 코클로디니움(Cochlodinium) 속의 편모조류가 있다. 연도별로는 1995년부터 남해안과 동해 남부해역에서 코클로디니움 폴리크리코이데스(Cochlodinium polykrikoides) 종이 상습적으로 적조현상을 일으키고 있다.

이와 같은 적조를 방제하기 위하여 종래에는 황토살포법, 오존처리법, 화학약품살포법, 생물학적 처리법 등이 사용되어 왔다. 이 중에서 가장 널리 사용되고 있는 황토살포에 의한 적조의 방제는 황토 콜로이드입자가 해수중의 영양물질, 미소플랑크톤 등과 같은 현탁물질을 응집, 흡착하는 특성을 이용하여 적조 미생물을 황토에 응집, 침전시키는 것이다. 황토살포에 의한 유독성 적조생물의 제거효과는 종에 따라 차이가 있으나 Cochlodinium 적조생물의 제거효과는 실내 실험과 현장조사 결과 70-80%로 나타났다. 일본에서 실시된 산성백토의 적조미생물 방제에서도 Cochlodinium외 14종의 적조 원인 생물을 대상으로 실험을 수행한 결과 흡착, 침강, 세포 파괴 등의 효과를 확인하였다.

황토살포법에 의한 적조방제 방법에 관한 문헌으로는 등록특허 10-0325396를 들 수 있는 데, 상기문헌은 정제 가공처리된 분말황토(온도조건 100~1000℃, 분쇄입도 조건; 1~1500㎛)를 흡착제로, 천연 광물질(鑛物質)인 소석회(消石灰) 및 토루말린(Tourmaline)을 첨가제(첨가량 범위: 1~7 중량%)로 사용하여 적조생물을 흡착 및 응집하여 제거하는 것을 특징으로 하는 적조 미생물 제거방법에 관한 것으로 유독성 적조를 30분~1시간내에 충분히 제거할 수 있는 효과가 있다.

황토살포법과 관련된 또 다른 문헌인 공개특허공보 2007-118849는 굴패각을 수집하여 원적외선 수세 탱크에서 염분과 불순물을 세척한 후, 원적외선 소성로에 투입하여 800-1,000℃의 온도로 1-3시간 소성 가공하여 100-200메쉬의 분말로 가공하는 제 1단계 공정과; 채취된 황토를 원적외선 히터가 장착된 로터리로에서 600-700℃의 온도로 1-3시간 소성 가공한 후, 100-200메쉬의 분말로 가공하는 제 2단계공정과; 상기 가공된 굴패각 분말과 황토분말을 서로 혼합하여 적조퇴치제로 사용하는 것을 특징으로 한다.

그러나 상기와 같은 황토살포법은 황토를 살포함에 따라 부유물이 증가하여 부작용이 발생되고 어류의 아가미를 막히게 하여 폐사시키는 문제가 발생한다. 생황토를 해양에 살포할 경우 황토덩어리 및 불순물들이 그대로 침강하여 적조 생물들을 흡착, 응집할 수 있는 시간적 여유가 없어 적조 제거효율이 떨어지게 되고 해저 퇴적층의 2차 환경오염을 유발할 수 있는 문제가 있다.

그러므로 황토살포법의 장점인 현탁물질을 응집, 흡착하는 특성은 살리고 단점인 어류를 폐사시키거나 해저 퇴적층의 2차 오염발생을 억제할 수 있는 새로운 유해조류의 방지방법에 관한 연구가 절실한 실정이다. 특히 황토와 유사한 구조를 지니면서 부작용이 덜한 새로운 친환경 살조물질에 대한 개발이 시급하다고 하겠다. 최근에는 황토와 유사한 구조를 가진 점토(clay)를 이용한 유해조류의 억제방법에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.

점토(clay)는 전 세계적으로 연간 수백만 톤 규모로 거래되는 광물질로서 특히 카올린, palygorskite-sepiolite, smectite clay등이 많이 사용된다. 카올린은 흰색 육각 판상구조로 한 층 내에 사면체판 (tetrahedral sheet-silicon oxide) 와 팔면체판 (octahedral-aluminum oxide) 비율이 1:1 로 구성되어 있고, 결정 구조내 결점수가 작아 층간 인력이 강하고 낮은 양이온 교환량을 갖고 있다. 그리고 수용액에서 층간 간격 증가 정도가 낮은 편이다. 이에 따라 표면적이 작고 치환기 수가 작아 수분산액 점도가 낮아 종이 코팅제, 도공지 충진제, 고분자 충진제, 접착제 충진제, 잉크 첨가제 등에 사용된다.

Palygorskite (또는 attapulgite)는 수화 마그네슘 실리케이트 (magnesium aluminum silicate)로 구성되는 점토로 사면체판과 팔면체판의 비율이 2:1 이고 팔면체판의 알루미늄 상당량이 마그네슘 또는 철로 치환되어 있어 중간 정도 표면 전하를 갖고 있다. 표면적은 넓으며, 격자 내 전하 및 격자를 따라 형성된 채널로 인해 긴 형태를 갖고 있어 흡착량이 크다. 따라서 palygorskite의 수용액 점도는 매우 높으며 시간에 따라 점도 변화폭은 적다. 그러므로 흡수제나 첨가제 또는 화장품, 페인트의 증점제로 사용된다.

Smectite계열 점토는 일반적으로는 bentonite로 불리며 암석 구성 성분 대부분이 smectite인 것을 나타낸다. Smectite는 여러 종류가 존재하며 가장 대표 적인 경우가 sodium montmorillonite이다. Smectite의 구조는 사면체판과 팔면체판의 비율이 2:1 로 구성되며 알루미나는 사면체판에 존재하는 실리카와 일부 치환 되어 있고 철 또는 마그네슘이 팔면체판내에 존재하는 알루미늄과 치환되어 있다. 이와 같이 다른 물질로 치환된 경우, 양이온이 적은 상태가 되는데 이를 보상하기 위해 일가 양이온을 표면에 흡착하게 된다. 이때 흡착된 일가 양이온이 만일 나트륨이면, sodium montmorillonite로 나타난다. Smectite는 단위 구조 내에 치환된 수가 많고 얇은 조각 형태이기 때문에 표면 전하가 높고 양이온 교환 능력이 크고 표면적이 넓다. 이 특성으로 smectite는 흡착제로 많이 사용되며 동시에 몰딩샌드의 구성 성분으로 사용되고 있다. 또한 smectite는 용매에 의해 층간 간격이 늘어나는 성질을 갖고 있다. Smectite의 층간 팽윤성과 높은 양이온 교환 능력으로 인해 smectite는 알킬암모늄과 같은 유기염을 양이온 교환을 통해 점토 표면의 금속 양이온과 교체될 수 있고 극성 용매로 인해 층간 간격이 넓어져 전하를 띠지 않는 물질도 물리, 화학적으로 흡착할 수 있다.

이러한 성질은 점토 표면을 쉽게 개질할 수 있어 다양한 형태의 유기 변성 점토를 가능 하게 한다. 유기 변성 점토는 증점제로 사용할 뿐만 아니라 친수성인 점토 표면 성질을 소수성으로 변하게 하여 소수성 고분자-점토 나노복합체 제조에 사용된다. 예를 들면 에틸렌글리콜, 글리세린과 같은 중성분자나 알킬암모늄 같은 유기 양이온이 들어갈 수 있는데, 2:1 형 광물에 유기 양이온이 들어간 경우에는 교환성 양이온도 추출되어 나온다. 이때 점토와 유기물 상호반응의 양상은 점토광물의 종류, 화학조성, 층간의 하전상태, 층간에 존재하는 물의 양과 무기 양이온의 원자가, 유기물의 종류, 형태, 크기, 극성기의 존재여부 등의 요인에 의하여 분자거동이 상이하게 변한다.

점토가 보여주는 가장 흥미로운 특성중 하나는 물에의한 팽윤현상인데, 이 현상은 점토가 대단히 얇은 규산염-층이 적층되어 있는 미립자의 층상 결정이고, 물에 팽윤하는 층간에 교환성 Na⁺ 이온이 적당히 존재하는 것에 기인하는 것으로 추정된다.

점토광물은 친수성의 성질을 띠기 때문에 쉽게 물에 분산이 일어나나 유기물을 치환시킨 유기점토는 소수성의 성질을 가지고 있어 물에 분산이 쉽게 일어나지 않고 응집이 일어나게 되며 유기물과 높은 화학적 친화력을 가진다. 이러한 성질이 유기점토가 유기오염물을 제거하는 환경정화 물질로 이용될 수 있는 가장 기본적인 개념이다. 유기점토는 팽윤될 수 있고 탄화수소계 에서 교질화 할 수 있는 능력 때문에, 유기점토가 1950년대 이래로 페인트, 윤활제, 그리스, 퍼티(창유리접합제), 접착제, 농축제와 휨 방지제 등으로 사용 되어왔다. 그 이후로는 응집제, 흡착제, 화장품, 의약품 및 페인트 등에도 사용되고 있다. 최근 약10여 년 동안 유기양이온을 결합시킨 유기점토와 유기오염물간의 흡착연구 결과가 알려지면서, 폐수의 유기오염물 흡착물질(정화물질)로 활용되어 오고 있으며 현재도 활발한 연구가 선진국에서는 진행 중이다.

최근에는 유기점토를 화학적으로 변형시킨 수용성 유기점토 (water soluble organoclay)가 졸겔법(sol-gel)법으로 제조될 수 있다는 것이 알려져 이러한 수용성 유기점토에 대한 응용이 점차 확대되고 있다.

등록특허 10-0325396, 공개특허공보 2007-118849

Anderson DM. (1997). Turning back the harmful red tide. Nature. 388,513-515. Avnimelech Y, Troeger BW and Reed LW. (1982). Mutual flocculation of algae and clay: evidence and implication. Science. 216(4541), 63-65. Burkett, S. L., A. Press and S. Mann (1997) Synthesis, characterization, and reactivity of layered inorganic-organic nanocomposites based on 2:1 tricoctahedral phyllosilicates. Chem. Mater. 9, 1071.1073. Mann, S., S. L. Burkett, S. A. Davis, C. E. Fowler, N. H. Mendelson, S. D. Sims, D. Walsh and N. T. Whilton (1997) Sol-gel synthesis of organized matter. Chem. Mater. 9, 2300.2310.

본 발명은 상기와 같은 문제 즉, 기존의 황토살포법에 의한 유해조류 제어방법의 문제점인 부유물의 증가와 어류의 집단 폐사 및 황토 덩어리의 침강에 따른 적조 제거효율의 저하와 해저 퇴적층의 2차 환경오염이 유발되는 문제를 해결하고자 하는 주된 과제로 삼는다.

또한 본 발명은 황토와 유사한 구조인 마그네슘 유기클레이를 이용한 유해조류 제어방법를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 과제를 해결하기 위하여 본 발명은

유해조류 제어의 효과가 있는 수용성 유기점토를 과제 해결을 위한 주요 수단으로 제공한다.

상기 수용성 유기점토는 유해조류의 세포막 또는 막주변 부분을 해체시키는 것을 특징으로한다.

보다 구체적으로 상기 유해조류 제어의 효과가 있는 수용성 유기점토는 아미노프로필, 머캅토프로필, 메틸, 페닐, 메타아크릴록시프로필, 글리실드옥시프로필기가 작용기로 부착되어 있는 금속 이온성 필로실리케이트인 것을 특징으로 하고, 바람직하게는 상기 금속 이온은 마그네슘 또는 칼슘인 것을 특징으로 하며 상기 작용기는 아미노프로필인 것을 특징으로 한 유기 클레이를 과제 해결을 위한 주요 수단으로 삼는다.

또한 본 발명은 상기한 과제를 보다 효과적으로 해결하기 위하여,

마그네슘 클로라이드 헥사하이드라이트를 에탄올에 용해시키는 단계와;

상기 에탄올에 용해된 마그네슘 클로라이드 헥사하이드라이트에 3-아미노프로필-트리에톡시실란(APTES)을 첨가하여 흰색 부유물을 형성시키는 단계와;

상기 흰색 부유물이 확인된 용액을 교반시키는 단계와;

상기 교반단계가 종료된 후, 상기 용액을 원심분리하여 침전물과 상등액을 분리하는 단계와;

상기 분리된 침전물을 에탄올에 현탁시켜 원심분리를 2~5회 반복하는 단계와;

상기 원심분리가 종료된 침전물을 건조시켜 수용성 유기점토를 수득하는 단계와;

상기 수득된 수용성 유기점토를 증류수에 녹여 초음파 처리하는 단계로 구성되는 유해조류 제어에 효과가 있는 수용성 유기점토를 제조하는 방법을 제공하고,

상기 제조된 수용성 유기점토를 와류확산기를 이용하여 수심 5~20 미터내에 균일하게 분포하도록 살포하여 유해조류를 제어하는 방법을 제공한다.

본 발명은 적조 또는 녹조 현상을 일으키는 특정 조류에 특이성이 있는 수용성 유기점토를 사용하여 특정 조류에만 선택적으로 영향을 미치게 함으로써 기존의 황토살포법이나 여타 다른 적조현상 방지방법의 문제점인 해양 생태계에 미치는 부작용을 근본적으로 없애는 효과가 기대된다.

도 1은 본 발명에 의해 합성된 AMP clay의 XRD 패턴을 나타내는 도면이다.
도 2는 (a) Mg-AMP 크레이, (b) Ca-AMP 크레이, (c) 미네랄 크레이(기존의 살조제)의 growth reduction ratio(%)를 나타내는 도면이다.
도 3은 AMP clay 처리를 한 Chattonella marina의 세포상태를 나타내는 도면이다.
도 4는 AMP clay 처리를 한 Cochlodinium polykrikoides의 세포상태를 나타내는 도면이다.
도 5는 Mg-AMP 크레이의 C. marina에 대한 광포화곡선을 나타내는 도면이다.

본 발명에서 사용된 마그네슘 유기클레이는 졸-겔법에 의해 제조된다. 졸-겔법에서 “졸”이란 금속의 유기 또는 무기화합물을 적당한 액체의 용액과 함께 용액으로 만들고 용액 중에서 화합물의 가수분해-중축합 반응을 진행시키므로 액체에 미립자가 현탁된 상태를 말하며, “겔”은 sol이 되는 반응이 지속됨에 따라 분산된 고체분자들이 고분자화되어 연속적인 고체 망상구조 (network structure)가 구성되면서 그 극간에 액체 혹은 기체가 포함되어 유동성을 잃은 상태를 말한다. 졸-겔법은 용액에서 출발하는 것이 보통이며, 용액 중에 함유되는 물질은 보통 금속화합물, 물, 용매, 산 또는 알칼리, 그 외의 첨가물이다.

첨가되는 금속화합물로는 유기금속화합물과 무기금속화합물, 산화물 등이 있다. 이중 유기금속화합물은 금속 알콕사이드가 반응성이 좋고 용액 중에서 M-O-M 결합의 금속산화물 중합체 또는 금속산화물 겔의 전구체를 만드는 등의 장점을 가지고 있기 때문에 많이 사용된다. 상기한 금속 알콕사이드는 화학식과 구조가 분명하고 합성 및 정제가 용이한 순수 화합물을 사용한다.

물은 가수분해를 위해 첨가되며, 첨가되는 용매로는 일반적으로 메탄올, 에탄올, 프로판올, 부탄올 등의 알코올류가 사용되나 금속산화물을 용해시키기 위하여 에틸렌글리콜, 에틸렌옥시드, 트리에탄올아민, 크실렌등도 사용될 수 있다.

산 또는 알칼리는 촉매로 사용하기 위해 첨가되는데, 염산, 황산, 초산, 질산 및 암모나아 등이 사용된다.

그 외의 첨가물로서는 겔 모노리스의 균열을 방지기 위하여 포름아미드, 디메틸포름아미드, 디옥산 등이 첨가되기도 하고, 균질한 반응을 위하여 아세틸아세톤과 트리에틴올아민이 첨가되기도 한다.

본 발명에서 사용된 유기점토는 Aminopropyl-functionalized magnesium phyllosilicates (이하 AMP clay)을 특징으로 하는 데, 이는 하기와 같은 가수분해 및 축합반응에 의한 졸-겔법을 통해 금속유기화합물인 알콕사이드 M(OR)n가 X-OH와 반응된다.

M(OR)n + mXOH → M(OR)n-m(OX)m +mROH

가수분해 반응에서는 알콕사이드가 물과 반응하여 수산화기를 형성하고 부산물로 알콜을 발생시킨다. 가수분해에 의해 생성된 수산화기는 또 다른 알콕사이드의 수산화기나 알콕사이드와 반응하여 산소교각을 통한 금속 산화물 결합을 생성한다. 이들 반응에 의해 형성된 “졸”입자들은 중축합에 의해 올리고머 (oligomer)로 성장하게 된다. 보통 산을 촉매로 사용하는 경우 겔화 시간은 길어지며 교차결합이 덜 이루어진 상태가 되어 섬유형태의 “겔”을 형성하게 되며, 건조하는 동안 폴리머 배열을 가능하게 하고 열처리 후 치밀한 박막을 제조하는데 유리하다. 염기를 촉매로 사용할 경우 겔화 시간은 짧아지며 상 분리가 일어나고 구형의 겔이 형성되기 때문에 박막의 열처리 후 더 치밀한 구조를 나타내며, 보통 분말제조에 이용한다. 촉매에 의한 겔화 시간의 조절 외에도 용매, 온도 복합 리간드, 수분 등도 겔화 시간에 영향을 주는 인자로 작용한다. 일반적으로 반응성이 강한 금속 알콕사이드는 물과 급격하게 반응을 하여 입자를 형성하게 된다. 이 경우 용액 내에 미시적 또는 거시적으로 불균일한 산화물을 형성하게 되며, 특히 반응속도가 빠른 종과 느린 종을 함께 반응시킬 경우 반응속의 차이로 인한 상분리가 발생하게 된다. 이러한 경우에는 반응속도가 빠른 금속산화물의 반응성을 저하시켜서 상 분리를 막을 수 있다. 이 방법 이외에도 중심금속의 배위수가 클 경우 킬레이트제 (chelating agent)를 사용하여 반응 안정성을 높일 수 있다. 이처럼 다양한 방법을 통하여 제조된 졸용액은 장시간 동안 안정한 상태를 유지하게 된다. 이와 같이 용액 상태에서 가수분해와 축합반응을 시킨 후 코팅을 할 경우 점도를 조절함으로써 그 두께를 조절할 수 있고, 건조 시 균열이 가지 않는 범위 내에서 비교적 두꺼운 막을 얻을 수 있다.

대부분의 유기점토는 가늘고 긴 분자가 그 장축을 일정한 방향으로 향해 줄지어 서있는 구조 (smectites)에 표면이 이온화된 알킬-암모늄 양이온(alkyl-ammonium cations)들이 붙어있는 구조이다. 각각의 얇은 층 사이의 알킬-암모늄 양이온들의 상호작용에 의해 층간의 간격이 넓어지면서 층들의 박리가 이루어진다. 박리가 이루어진 층들은 수용액상에서 양이온 물질, 극성물질, 음이온 분자, 비극성물질등과 결합을 이루게 된다. 이러한 결합 반응을 이용하여 유해조류의 세포막 혹은 막주변 부분의 구조를 해체시켜 조류를 제거할 수 있는 것이다.

이하 도면과 실시예를 통해 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.

본 발명에서 대상으로 하는 적조 및 녹조 현상을 유발하는 유해 조류는 Cochlodinium polykrikoides, Heterosigma akashiwo, Chattonella marina, Psedo-nitzchia spp. Protoperidinium crassipes Gambierdiscus toxicus (benthic)을 대상으로 한다. 상기 유해조류는 6~8월 경 남해안이나 서해안에서 자주 출몰하는데, 이 때 이를 채취하여 배양시킨다.

본 발명에서 사용한 수용성 유기점토는 아미노프로필, 머캅토프로필, 메틸, 페닐, 메타아크릴록시프로필, 글리실드옥시프로필기로부터 선택되는 작용기가 부착되어 있는 금속 이온성 필로실리케이트인 것을 특징으로 하고 금속이온은 Mg²⁺, Ca²⁺, Al³⁺, Ni²⁺, Co²⁺, Fe³⁺, Mn²⁺, Sn²⁺, Cu²⁺, Zn²⁺ 로부터 선택되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는 상기 작용기 중에서 아미노프로필기를 작용기로 하고 금속이온은 마그네슘, 칼슘이 바람직하다. 그러나 반드시 이에 한정되지는 않는다. 본 발명에서는 수용성 유기점토로서 아미노프로필기가 작용기로 사용되는 마그네슘 필로실리케이트(Aminopropyl-functionalized magnesium phyllosilicates ,AMP clay) 또는 아미노프로필기가 작용기로 사용되는 칼슘 필로실리케이트(Aminopropyl-functionalized calcium phyllosilicates ,ACP clay)를 사용하여 유해물질에 대한 살조능을 시험한다.

상기 수용성 유기점토를 제조하기 위하여 우선 마그네슘 클로라이드 헥사하이드레이트(Magnesium Chloride Heaxhydrate)를 에탄올에 용해시킨 후, 완전히 용해된 용액에 3-아미노프로필-트리에톡시실란(Aminopropyl-Triethoxysilane, (APTES))을 한 방울씩 넣어주며 교반시킨다. 이어서 용액 내부에 흰색의 부유물이 형성됨을 확인하고, 24시간 동안 교반하고 이를 원심 분리 하여 침전물과 상등액을 분리한다.

분리된 침전물을 다시 에탄올에 현탁시키고 원심분리를 3회 반복하여 과반응물을 제거한 뒤 40 ˚C에서 건조시켜 증류수에 녹여 20분간 초음파 처리하여 흰색의 건조된 AMP clay 분말을 수득한다.

상기 수득된 AMP clay 분말을 와류 확산기가 부착된 예인선을 이용하여 예인선의 진행방향과 수평방향으로 양쪽에서 해수면 5 - 20 m 정도에서 적절히 확산시킨다. 살포시키는 AMP clay의 양과 속도는 유해조류에 의한 해양오염의 상태 및 주변 생태계에 미치는 영향을 고려하여 가변적일 수 있으나 시간 당 5~15ton인 것이 바람직하며 보다 바람직하게는 시간 당 10~12ton이 효과적이다.

[실시예 1: AMP clay의 제조]

0.84 g의 마그네슘 클로라이드 헥사하이드레이트(Magnesium Chloride Heaxhydrate)를 20 g의 에탄올에 용해시켜 1.3 mL의 3-아미노프로필-트리에톡시실란(Aminopropyl-Triethoxysilane, (APTES))을 한 방울씩 넣어주며 교반시켰다. 상기 교반이 종료된 후, 용액 내부에 흰색의 부유물이 형성됨을 확인하고, 24시간 다시 교반 시켰다. 상기 교반이 끝난 용액을 3000 rpm의 속도로 10분간 원심 분리하여 침전물과 상등액을 분리한 후, 상기 분리된 침전물을 다시 에탄올에 현탁시켜 원심분리를 3회 반복하여 과반응물을 제거한 뒤 40 ˚C에서 건조시켜 흰색 분말을 수득한 후 이를 막자와 막자사발을 이용하여 균일한 크기로 분쇄하였다. 분쇄가 종료된 흰색 분말을 증류수에 녹여 20분간 초음파 처리를 하였다. 제조된 수용성 유기점토(AMP-clay)는 다양한 분석법을 통하여 합성성공 여부와 구조를 결정하였다.

[실시예 2: AMP-clay의 합성 결과 및 구조여부]

상기 제조된 흰색분말을 Elemental analyzer (EA): CE Instruments사의 EA-1110모델을 이용하여 분석시료의 C, H, O, N의 함량비를 확인하였다. 그 결과를 표 1을 통해 나타내었다.

EA 분석법에 따른 AMP-clay 성분 분석 결과

No.	C(%)	H(%)	N(%)	S(%)	O(%)
AMP clay	18.3	5.6	6.7	N.D.	9.4

[실시예 3: AMP-clay의 XRD 결과]

상기 제조된 흰색분말을 X-ray diffraction (XRD): X'Pert PRO MPD(Netherlands, PANalytical)을 이용하여(2theata: 20-90deg, scanspeed: 1 sec/ step, step size: 0.03deg, 사용 전류전압: 40kV, 30mA ) AMP clay의 IR 스펙트럼를 확인하여 하기와 같이 제시하였다. AMP clay의 XRD는 도 1을 통해 나타내었다.

AMP clay의 IR 스펙트럼: OH str. (3000 cm^-1), CH₂ str. (2935 cm^-1), NH₃ ⁺ str. (2103 cm^-1), NH₂ bending (1608 cm^-1), Mg-O str. (559 cm^-1), Mg-O-Si str. (849 cm^-1), Si-O-C str. (849 cm^-1), Si-OH str. (1034 cm^-1) and Si-O-Si str. (1130 cm^-1).

[실시예 4: 유해조류와 무해조류에 대한 수용성 유기점토의 살조능]

유해조류 Chattonella marina, Heterosigma akashiwo, Cochlodinium polykrikoides와, 무해조류 Navicula pelliculosa, Amphidinium sp., Phaeodactylum EPV, Nannochloropsis oculata 를 f/2 medium, 20℃(15, 26℃), 12L : 12D 이용하여 배양한 후 이를 각각 24 well 플레이트의 세포배양 용기에 1ml 씩 넣고, 총 농도가 0.01, 0.02, 0.05, 0.1, 0.2, 0.5 그리고 1.0 mg/ml 이 되게 Mg-AMP 크레이와 Ca-AMP 크레이를 처리하였다. 대조군에는 어떠한 것도 처리하지 않았다. 이렇게 처리한 플레이트를 3일 배양 후 세포수를 측정하여 growth reduction ratio(%)를 계산하였다. Growth reduction ratio(%)는 하기 수식을 이용하여 계산하였고 그 결과를 2를 통해 그 결과를 도시하였다.

growth reduction ratio (%) = ( 1 - Tt / Ct ) × 100

T (treatment), C (control) and t (inoculation time)

도 2는 (a) Mg-AMP 크레이, (b) Ca-AMP 크레이, (c) 미네랄 크레이(기존의 살조제)의 growth reduction ratio(%)를 나타내고 있는데, Mg-AMP, Ca-AMP가 기존의 미네랄 크레이보다 보다 낮은 농도에서 높은 살조활성 효과를 나타내었다.

[실시예 5: Chattonella marina 에 대한 AMP clay의 살조능]

Chattonella marina를 f/2 medium, 20℃에서 배양한 후 6 well 플레이트 세포배양용기를 이용하여 5ml의 세포에 0.1 mg/ml 농도의 Mg-AMP 크레이를 처리하여 시간에 따른 변화를 광학현미경(Olympus model DP71) 을 통하여 관찰하였다. 600배 배율로 촬영하였다. 그 결과를 도 3을 통해 도시하였다.

관찰결과 유해조류(Chattonella marina) 에서 온전한 셀의 형태를 보이다가 Mg-AMP 접종 후 시간의 흐름에 따라 클레이가 세포벽에 흡착되어 세포벽이 파괴되었고, 세포질이 유출되는 것을 확인할 수 있었다. 이후 세포의 형태를 알아볼 수 없을 정도로 세포가 분해된 것을 확인할 수 있었다. (a)는 대조군이며, (b)~(f)는 물질접종 후 시간에 따른 살조과정이다.

[실시예 6: Cochlodinium polykrikoides 에 대한 AMP clay의 살조능]

Cochlodinium polykrikoides를 대상으로 실시예 5와 동일하게 AMP clay의 살조능을 시험하였고 그 결과를 도 4를 통해 나타내었다.

도 3, 도 4를 통해 알 수 있듯이 유해조류(Chattonella marina, Cochlodinium polykrikoides) 는 처음에 온전한 셀의 형태를 보이다가 Mg-AMP 접종 후 시간의 흐름에 따라 클레이가 세포벽에 흡착되어 세포벽이 파괴되었고, 세포질이 유출되는 것을 확인할 수 있었다. 이후 세포의 형태를 알아볼 수 없을 정도로 세포가 분해된 것을 확인할 수 있었다. (a)는 대조군이며, (b)~(f)는 물질접종 후 시간에 따른 살조과정이다.

[실시예 7: 수용성 유기점토가 Chattonella marina. marina의 광합성 대사에 미치는 영향]

수용성 유기점토인 Mg-AMP의 Chattonella. marina의 광합성 대사에 미치는 영향을 알아보기 위해 광포화곡선을 측정하였다. 광포화 곡선을 측정하기위해 O₂ electrode를 이용한 산소발생량을 측정하였고 빛의 세기를 증가하면서 산소발생량이 증가를 유도하였고, 그 결과를 도 5를 통해 도시하였다.

Mg-AMP가 처리 된것과 처리되지 않은 것에서 Chattonella. marina의 광합성 대사 결과 총광합성량은 변화를 보이지 않았다. 이를 통해 Mg-AMP는 유해조류의 세포 내부의 엽록소 등의 기관에는 전혀 영향을 미치지 않고 세포 외부에 작용하여 세모막을 용해시켜 유해조류를 억제함을 알 수 있다.

없음

Claims (25)

1. 유해조류 제어의 효과가 있는 수용성 유기점토에 있어서,
   상기 유해조류는 Cochlodinium polykrikoides, Heterosigma akashiwo, Chattonella marina, Psedo-nitzchia spp. Protoperidinium crassipes Gambierdiscus toxicus (benthic)으로부터 선택되며,
   상기 수용성 유기점토는 아미노 프로필, 머캅토프로필, 메틸, 페닐, 글리실드옥시프로필기로부터 선택되는 작용기가 부착되어 있는 금속 이온성 필로실리케이트인 것을 특징으로 한 유해조류 제어의 효과가 있는 수용성 유기점토
2. 제1항에 있어서,
   상기 수용성 유기점토는 유해조류의 세포막 또는 막주변 부분을 해체시키는 것을 특징으로 한 유해조류 제어의 효과가 있는 수용성 유기점토
   
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제
9. 마그네슘 클로라이드 헥사하이드라이트를 에탄올에 용해시키는 단계와;
   상기 에탄올에 용해된 마그네슘 클로라이드 헥사하이드라이트에 3-아미노프로필-트리에톡시실란(APTES)을 첨가하여 흰색 부유물을 형성시키는 단계와;
   상기 흰색 부유물이 확인된 용액을 교반시키는 단계와;
   상기 교반단계가 종료된 후, 상기 용액을 원심분리하여 침전물과 상등액을 분리하는 단계와;
   상기 분리된 침전물을 에탄올에 현탁시켜 원심분리를 2~5회 반복하는 단계와;
   상기 원심분리가 종료된 침전물을 건조시켜 수용성 유기점토를 수득하는 단계와;
   상기 수득된 수용성 유기점토를 증류수에 녹여 초음파 처리하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 유해조류 제어에 효과가 있는 수용성 유기점토를 제조하는 방법
10. 제 9항에 있어서,
    상기 흰색 부유물이 확인된 용액의 교반은 10~30시간 동안 실시되는 것을 특징으로 한 유해조류 제어에 효과가 있는 수용성 유기점토를 제조하는 방법
11. 제 9항 또는 제 10항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 원심분리는 2000~4000 rpm의 속도로 5분~15분간 실시되는 것을 특징으로 한 유해조류 제어에 효과가 있는 수용성 유기점토를 제조하는 방법
12. 제 11항에 있어서,
    상기 건조단계는 30~50℃에서 실시되는 것을 특징으로 한 유해조류 제어에 효과가 있는 수용성 유기점토를 제조하는 방법
13. 유해조류의 제어방법에 있어서,
    상기 제어방법은
    유해조류에 특이성이 있는 수용성 유기점토를 제조하는 단계와;
    상기 제조된 수용성 유기점토를 해양에 살포하는 단계;
    로 구성되며,
    상기 유해조류는 Cochlodinium polykrikoides, Heterosigma akashiwo, Chattonella marina, Psedo-nitzchia spp. Protoperidinium crassipes Gambierdiscus toxicus (benthic)인 것을 특징으로 하고,
    상기 수용성 유기점토는 마그네슘 유기 클레이인것을 특징으로 한 수용성 유기점토를 이용한 유해조류의 제어방법
14. 제 13항에 있어서,
    상기 수용성 유기점토는 유해조류의 세포막 또는 막주변 부분을 해체시키는 것을 특징으로 한 수용성 유기점토를 이용한 유해조류의 제어방법
15. 삭제
16. 삭제
17. 삭제
18. 삭제
19. 제 13항에 있어서,
    상기 수용성 유기점토를 제조하는 단계는
    마그네슘 클로라이드 헥사하이드라이트를 에탄올에 용해시키는 단계와;
    상기 에탄올에 용해된 마그네슘 클로라이드 헥사하이드라이트에 3-아미노프로필-트리에톡시실란(APTES)을 첨가하여 흰색 부유물을 형성시키는 단계와;
    상기 흰색 부유물이 확인된 용액을 교반시키는 단계와;
    상기 교반단계가 종료된 후, 상기 용액을 원심분리하여 침전물과 상등액을 분리하는 단계와;
    상기 분리된 침전물을 에탄올에 현탁시켜 원심분리를 2~5회 반복하는 단계와;
    상기 원심분리가 종료된 침전물을 건조시켜 수용성 유기점토를 수득하는 단계와;
    상기 수득된 수용성 유기점토를 증류수에 녹여 초음파 처리하는 단계를 거쳐 제조되는 것을 특징으로 한 수용성 유기점토를 이용한 유해조류의 제어방법
20. 제 19항에 있어서,
    상기 흰색 부유물이 확인된 용액의 교반은 10~30시간 동안 실시되는 것을 특징으로 한 수용성 유기점토를 이용한 유해조류의 제어방법
21. 제 19항 또는 제 20항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 원심분리는 2000~4000 rpm의 속도로 5분~15분간 실시되는 것을 특징으로 한 수용성 유기점토를 이용한 유해조류의 제어방법
22. 제 13항에 있어서,
    상기 수용성 유기점토를 해양에 살포하는 단계는 와류확산기를 이용하여 수심 5~20 미터내에 균일하게 분포하도록 살포하는 것을 특징으로 한 수용성 유기점토를 이용한 유해조류의 제어방법
23. 제 22항에 있어서,
    상기 와류확산기를 이용한 살포는 예인선의 이동방향과 평행하거나 수직인 방향으로 살포되는 것을 특징으로 한 한 수용성 유기점토를 이용한 유해조류의 제어방법
24. 제 22항에 있어서,
    상기 살포속도는 시간 당 5~15ton인 것을 특징으로 한 수용성 유기점토를 이용한 유해조류의 제어방법
25. 제22항에 있어서,
    상기 수용성 유기점토는 Aminopropyl-functionalized magnesium phyllosilicates (AMP clay)인 것을 특징으로 한 수용성 유기점토를 이용한 유해조류의 제어방법
    
    

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