KR101456538B1

KR101456538B1 - 게르마늄 이온수 제조방법 및 게르마늄 이온수를 이용한 농작물 재배방법

Info

Publication number: KR101456538B1
Application number: KR1020130092894A
Authority: KR
Inventors: 박만조
Original assignee: 박만조
Priority date: 2013-08-06
Filing date: 2013-08-06
Publication date: 2014-10-31
Also published as: WO2015020439A1; JP6163608B2; CN105578869A; JP2016532550A

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 게르마늄 이온수 제조방법은 이산화토륨(ThO₂) 또는 토륨광 분말을 물에 투입하여 방사선 방출 용액을 제조하는 과정, 반응용기에 이산화게르마늄(GeO₂) 분말을 물을 혼합하고, 상기 반응용기를 상기 방사선 방출 용액에 잠길 수 있도록 침적시키는 과정 및 상기 방사선 방출 용액을 가열하는 과정을 포함한다.

Description

게르마늄 이온수 제조방법 및 게르마늄 이온수를 이용한 농작물 재배방법{METHOD FOR PRODUCING ION WATER CONTAINING GERMANIUM ION}

본 발명은 게르마늄 이온수 제조방법 및 게르마늄 이온수를 이용한 농작물 재배방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 방사선의 전리작용을 활용하여 게르마늄을 이온화시켜 이온수를 제조하는 방법 및 이를 이용한 농작물의 재배방법에 관한 것이다.

게르마늄은 유기물이나 무기물의 다양한 형태로 돌과 흙, 식물과 동물에 존재한다. 지각에 대략 7 ppm정도 포함되어 있고, 미국 기준으로 흙에서는 0.6~1.3 mg Ge/kg, 물에서는 0.004~0.6 mg Ge/L가 발견되는 미량원소(trace element)이다.

게르마늄 화합물은 크게 무기 게르마늄 화합물 (inorganic germanium compound)과 유기 게르마늄 화합물 (organic germanium compound)로 분류한다. 일반적으로 게르마늄-탄소 결합이 부족한 염이나 산화물들을 무기 게르마늄으로 분류한다. 대표적인 무기 게르마늄인 GeO₂ (germanium dioxide)나 게르마늄 시트레이트 락테이트 (germanium citrate lactate)는 신장독성 (nephrotoxicity)을 가지고 있어 급성 신부전증을 일으켜 죽음에 이르게도 한다. 무기 게르마늄의 독성은 게르마늄이 생체 조직에 축적되는 것이 원인이라고 여겨지고 있다. 이와는 다르게 유기 게르마늄은 게르마늄-탄소 결합을 가지고 있는데, 이 결합은 게르마늄이 탄소와 같은 14족이기 때문에 안정적인 결합상태를 유지하고 생체 내에서도 쉽게 결합이 깨지지 않으며, 생체 조직에 쌓이지 않고 쉽게 배출되어 독성이 거의 없다.

1980 년대에는 유기 게르마늄 화합물이 항암효과와 면역조절 기능을 가진다는 많은 연구 결과들이 나오면서, 암과 AIDS의 진행을 막고 암세포를 죽일 수 있는 항암효과를 가진 면역강화제로서 알려지게 되었다. 유기 게르마늄 화합물들은 1950년대 처음으로 러시아의 Mironov에 의해서 다양하게 합성되기 시작했고, 1966년 bis (2-carboxyethylgermanium) sesquioxide (O₃(GeCH₂CH₂COOH)₂)를 합성했다. 그 바로 직후인 1967년, 같은 물질인 bis (2-carboxyethylgermanium) sesquioxide, (O₃(GeCH₂CH₂COOH)₂)가 일본 도쿄의 아사이 게르마늄 연구소(Asai Germanium Research Institute)에서 합성되었고, 이를 Ge-132라 명명하였다. 이 Ge-132 화합물에 대한 화학적 구조와 물리화학적 성질은 이미 보고되었다. 이후 Ge-132에 대해 많은 연구들이 이루어져, Ge-132가 면역 강화 효능을 가지고, 인터페론 유도 (IFN induction), NK 세포 활성의 증가, 세포독성 대식세포(cytotoxic macrophages)의 생성, 항암 효능 등을 포함하는 다양한 생물학적 효능을 보인다는 것을 밝혀왔다.

이러한 유기 게르마늄의 효능을 확보하기 위해 다방면의 연구가 진행되고 있다.

특허공개 10-2004-0052744에는 무기태의 게르마늄을 수박에 비료로 공급, 재배하여, 유기게르마늄이 함유된 수박을 재배하는 방법으로서, 물에 순도 99.999% 이상의 이산화게르마늄(GeO₂)를 농도에 맞게 당량을 계산한 후 스테인리스 물통에 넣고 가열하여 분말을 이온화시켜 수경재배용 양액비료에 이온화된 무기태의 게르마늄을 적정농도로 조성시켜 수박을 재배하는 방법이 개시되어 있다.

특허공개 10-2004-0028296에는 이온화 용매제를 사용하여 셀레늄 또는 게르마늄을 용해시킨 후 pH를 조절하고 불순물을 여과하여 정제원액을 제조함으로써 게르마늄 기능수를 제조하는 방법이 개시되어 있다.

또한, 등록실용신안 20-0340536 에는 초음파 시스템을 이용하여 게르마늄과 촉매를 충돌시켜 이온화 및 용해시키고 물의 온도를 높여 충돌 및 이온, 용해를 활성화시키는 방법이 개시되어 있다.

이와 같이 종래에는 단지 게르마늄 또는 이산화게르마늄을 물에 분산시켜 게르마늄 수용액을 제조하게 되는데 이때, 게르마늄은 물에 충분히 용해되기 어려우며 용액내에 용해되지 않은 게르마늄 성분을 별도로 필터에 의해 분리해야 하는 번거러움이 존재하게 된다.

또한 낮은 용해도로 인하여 대량의 분말이 게르마늄 용액에 투입되어 생산원가가 증가되는 문제가 있으며, 용해된 게르마늄 분말이 침전되면서 고결되며, 이를 방지하게 위해 수산화나트륨을 사용한다고 하더라도 수산화나트륨의 첨가량이 5%가 넘으면 친환경 농자재로 이용할 수 없는 문제가 있다.

상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것을 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.

특허공개공보 제10-2004-0028296호 특허공개공보 제10-2004-0052744호 등록실용신안 제20-0340536호

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 토륨의 방사선의 전리효과를 활용하여 보다 낮은 가격으로 효율적으로 게르마늄 이온수를 제조하는 방법을 제공하는 데 있다.

위 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 게르마늄 이온수 제조방법은 이산화토륨(ThO₂) 또는 토륨광 분말을 물에 투입하여 방사선 방출 용액을 제조하는 과정, 반응용기에 이산화게르마늄(GeO₂) 분말을 물을 혼합하고, 상기 반응용기를 상기 방사선 방출 용액에 잠길 수 있도록 침적시키는 과정 및 상기 방사선 방출 용액을 가열하는 과정을 포함한다.

상기 방사선 방출 용액을 제조하는 과정은 수조 안에 5~10 cm 높이로 상기 이산화토륨(ThO₂) 또는 토륨광 분말을 투입하고, 상기 반응용기가 잠길 수 있는 높이까지 물을 투입하는 것일 수 있다.

상기 침적과정은 상기 반응용기에 상기 이산화게르마늄을 물 1L당 0.5~1.5g을 투입하는 것일 수 있다.

상기 가열과정 후에 제조된 게르마늄 이온수에 물을 더 첨가하여 희석시키는 과정을 더 포함할 수 있다.

상기 가열과정에서 가열온도는 50~70℃, 가열시간은 3~6시간 일 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 게르마늄 이온수는 방사선에 의한 전리작용에 의해 이온화된 게르마늄 이온을 포함하고, 상기 게르마늄 이온의 농도는 120ppm이하일 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 게르마늄 이온수를 이용한 농작물 재배방법은 방사선에 의한 전리작용에 의해 이온화된 게르마늄 이온을 포함하고, 상기 게르마늄 이온의 농도는 120ppm이하인 게르마늄 이온수를 농작물이 식재되어 있는 토양 또는 농작물의 엽면에 살포하거나, 수경재배액에 투입하여 농작물을 재배하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 게르마늄 이온수의 제조방법에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 종래보다 작은 양을 이산화게르마늄을 이용하여 게르마늄 이온수를 제조함으로써 생산원가가 보다 저렴하고 간단하게 게르마늄 이온수를 제조할 수 있다.

둘째, 이와 같이 제조된 게르마늄 이온수를 활용하여 농작물을 재배하게 하며 종래보다 농작물의 게르마늄을 흡수율을 향상시킬 수 있다.

셋째, 이와 같이 제조된 게르마늄 이온수는 음이온 방출 효과가 있어 각종 음이온 방출재의 역할로 사용하는 것이 가능하다.

도 1은 본 발명에 일 실시예에 따른 게르마늄 이온수 제조장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.

여기서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.

다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 게르마늄 이온수 제조방법에 대하여 설명하기로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 게르마늄 이온수 제조방법은 이산화토륨(ThO₂) 또는 토륨광 분말을 물에 투입하여 분산시켜 방사선 방출 용액을 제조하는 과정, 반응용기에 이산화게르마늄(GeO₂) 분말을 물을 혼합하고, 상기 반응용기를 상기 방사선 방출 용액에 잠길 수 있도록 침적시키는 과정 및 상기 방사선 방출 용액을 가열하는 과정을 포함한다.

도1를 참조하면, 먼저 커다란 수조(10) 내부에 물과 이산화토륨(ThO₂) 또는 토륨광 분말을 투입하여 방사선 방출 용액을 제조한다. 토륨(Th)은 자연 방사선 물질로서 토륨에서 방출되는 전자파가 게르마늄의 전자와 부딪히면서 전리작용에 의해 직접 또는 간접으로 게르마늄을 이온화시키는 역할을 하는 성분이다. 이때 수조에서는 이산화토륨(ThO₂) 또는 토륨광이 비중이 크기 때문에 낮게 깔리게 되며, 높이는 이후 반응용기가 충분히 잠길 수 있도록 5~10 cm인 것이 바람직하다.

반응용기(20)에 이산화게르마늄(GeO₂) 분말을 물에 혼합하고, 반응용기(20)를 수조(10)안의 방사선 방출 용액(40)에 잠길 수 있도록 침적시킨다. 이 때 사용되는 반응용기(20)는 1L 또는 2L 용량의 PET 병을 사용할 수 있으며, 이산화게르마늄의 투입량은 게르마늄 이온수의 게르마늄의 농도에 따라 당량비를 맞추어 투입하는 것이 바람직하다. 본 실시예에서는 이산화게르마늄의 투입량이 0.5 ~ 1.5g을 투입하는 것이 바람직하다.

이산화게르마늄과 물을 투입한 반응용기(20)를 수조(10)안의 방사선 방출용액(40)에 잠길 수 있도록 위치시킨다. 이 경우 이산화토륨(ThO₂) 분말(30) 또는 토륨광이 수조(10)의 바닥에 낮게 깔리는 경우에는 상기 반응용기(20)가 이산화토륨(ThO₂) 분말(30) 또는 토륨광 분말에 약 5~6 cm 정도 잠길 수 있도록 한다. 반응용기(20)가 수조(10)내에 물에 뜨지 않도록 수조(10)안의 물의 양을 조절하는 것이 바람직하다.

반응용기(20)를 방사선 방출 용액(30)에 위치시킨 후에 수조(10) 중앙에 지대대(40)를 통하여 가열기(50)를 배치하여 수조(10)내의 방사선 방출 용액(30)을 가열하여 약 50~70℃의 온도에서 약 3~6시간 정도 유지한다.

상기와 같은 과정을 거친 후 반응용기(20) 내부를 관찰하면 백색분말인 이산화게르마늄이 이온화되어 투명해지는 것을 확인할 수 있으며, 이와 같이 이온화된 반응용기를 비닐하우스 안에 장기간 방치하여도 녹조가 발생하지 않는다. 이는 이산화게르마늄의 성분 중 게르마늄 성분은 이온화되고, 산소성분은 이온화과정에서 방출되게 된다. 또한 이온수에 일부 용해되어 있는 산소가 지속적으로 방출되어 녹조가 발생하지 않게 되는 것이고 토륨에서 발생하는 방사선에 의해 반응용기 내에서 전리작용에 의한 게르마늄의 이온화와 살균작용이 동시에 이루어지기 때문이다.

한편, 게르마늄 이온수의 게르마늄 이온의 농도는 투입되는 이산화게르마늄의 양에 의해 결정되며, 물 1L에 약 1g의 게르마늄을 투입하는 경우에는 약 694.1 ppm의 게르마늄 이온수를 제조하는 것이 가능하다. 게르마늄이온수의 용도에 따라 물을 더 첨가하여 게르마늄 이온의 농도를 조절하는 것이 가능하고, 기준의 물의 양 대비 약 100배의 물을 투입하여 희석하게 되면 약 6.9 ppm의 게르마늄 이온수를 제조하는 것이 가능하다. 따라서, 고가인 이산화게르마늄을 본 발명의 실시예에 따라 제조하게 되면 종래의 게르마늄 용액의 제조에 비하여 생산원가를 최대 1/20까지 낮추는 것이 가능하다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 게르마늄 이온수는 음이온 방출효과가 있어, 건물의 내장에 분무하여 음이온 발생시킬 수 있을 뿐만 아니라, 각종 내, 외장재, 페인트 등의 원료에 혼합하여 제조함으로써 음이온 발생효과를 이용할 수 있다.

그리고, 본 발명의 일 실시예 따른 게르마늄 이온수는 농작물 재배시에 활용할 경우에는 작물의 특성에 따라 다양한 농도로 조절하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 농도가 120 ppm이하 일 수 있다. 게르마늄 이온수의 농도가 120ppm을 초과하는 경우 게르마늄은 반도체로서 게르마늄의 전자의 수량이 과다하게 살포되어 상대적으로 전위가 낮은 농작물은 전위가 높은 게르마늄 성분을 흡수하기 어려워지기 때문이다.

농작물 재배에 사용하는 경우 작물이 식재되어 있는 토양에 살포하거나 농작물의 엽면에 살포하는 것이 가능하다. 또한 수경재배액에 투입하여 농작물의 수경재배에 사용될 수 있다.

이하 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 보다 자세히 설명한다.

(실시예)

이산화토륨 약 10kg을 수조 안에 바닥에 약 10cm의 두께로 펴서 깔고 물 약 10L를 첨가하여 막대로 혼합한 후에, 물 1L 용량의 PET 반응용기에 이산화게르마늄 1g과 물 1L를 혼합하고 이산화토륨 분말층에 약 5cm 정도 잠길 수 있도록 상기 PET 반응용기를 위치시켰다. 그 후 전열기를 사용하여 약 60℃의 온도에서 4시간 30분 동안 유지시켜 게르마늄 이온수를 제조하였다.

제조한 게르마늄 이온수에서 방출되는 음이온을 확인하기 위하여 전하입자 측정장치를 이용하여 실내온도 27℃, 습도 34%, 대기중 음이온수 106/cc의 조건에 게르마늄 이온수에서 방출되는 이온수를 측정하여 표1에 나타내었다.

시험결과 한국원적외선 협회 시험성적서 발급번호 KFIM-276 시험방법 KFIA-FI-1042
시료명	음이온(ION/cc)
게르마늄 이온수	136

상기 표1의 시험결과와 같이 게르마늄 이온수에서 음이온 발생효과가 나타나는 것을 확인 할 수 있다.

또한, 게르마늄 이온수에 물을 첨가하여 수경재배에 필요한 농도를 조절한 후에 무싹, 보리싹, 콩나물을 대상으로 하여 수경재배를 실시하였다. 재배 후에 게르마늄 흡수량을 측정하여 하기와 같이 표2에 나타내었다.

구분	대상작물	게르마늄 이온수의 농도 (ppm)	주입량(cc)	게르마늄 흡수량 (ppm)
실험예1	무싹(2g)	60	200	202
실험예2	무싹(2g)	10	200	53
실험예3	보리싹(2g)	60	200	157
실험예4	보리싹(2g)	10	200	34
실험예 5	콩나물(5g)	100	200	19

실험예1에서는 게르마늄 이온수의 농도를 60으로 조절하였고, 실험예2에서는 게르마늄 이온수의 농도를 10으로 조절하였다. 이 경우 실험예1에서 사용한 게르마늄 이온수의 전위가 실험예2에서 사용한 게르마늄 이온수의 전위보다 약 6배 정도 높다. 결과적으로 실험예1에서의 게르마늄 흡수량은 게르마늄 이온수의 농도 대비 약 3.3배 흡수하는 것을 알 수 있고, 실험예 2에서의 게르마늄 흡수량은 게르마늄 이온수의 농도 대비 약 2.6배 흡수한 것을 알 수 있다.

또한 실험예 3 및 실험예 4의 경우에도 게르마늄 이온수의 농도가 낮은 경우에 게르마늄이 작물에 더욱 잘 흡수됨을 알 수 있다.

이와 같이, 종래에 게르마늄의 수용액을 사용하는 경우에는 고가인 이산화게르마늄 분말을 다량으로 사용하는 경우와 비교할 때 본 발명에 따른 게르마늄 이온수의 경우 소량의 이산화게르마늄을 이온화하여 제조하게 되므로 대상 작물에 대한 흡수율을 크게 향상시킬 수 있을 뿐 만 아니라, 게르마늄 이온수 제조 시 소요되는 게르마늄 양을 획기적으로 줄일 수 있어 보다 저렴한 비용으로 게르마늄 농작물을 재배할 수 있게 된다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변경된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

10: 수조 20: 반응용기 30: 방사선 방출용액
40: 이산화토륨 분말 40: 지지대 50: 가열기
100: 게르마늄 이온수 제조장치

Claims

이산화토륨(ThO₂) 또는 토륨광 분말을 물에 투입하여 방사선 방출 용액을 제조하는 과정;
반응용기에 이산화게르마늄(GeO₂) 분말을 물을 혼합하고, 상기 반응용기를 상기 방사선 방출 용액에 잠길 수 있도록 침적시키는 과정 및
상기 방사선 방출 용액을 가열하는 과정을 포함하며,
상기 방사선 방출 용액을 제조하는 과정은 수조 안에 5~10 cm 높이로 상기 이산화토륨(ThO₂) 또는 토륨광 분말을 투입하고, 상기 반응용기가 잠길 수 있는 높이까지 물을 투입하며,
상기 침적과정은 상기 반응용기에 상기 이산화게르마늄을 물 1L당 0.5~1.5g을 투입하는 것을 특징으로 하는 게르마늄 이온수 제조방법.
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청구항 1에 있어서,
상기 가열과정 후에 제조된 게르마늄 이온수에 물을 더 첨가하여 희석시키는 과정을 더 포함하는 게르마늄 이온수 제조방법.
청구항 1에 있어서,
상기 가열과정에서 가열온도는 50~70℃, 가열시간은 3~6시간 인 것을 특징으로 하는 게르마늄 이온수 제조방법.
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