KR101497666B1 - Solid substrates immobilized with metal phyllosilicate including amino groups and use thereof - Google Patents

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Abstract

미세조류를 분리하는데 사용하기 위한, 아미노기를 포함하는 금속 필로실리케이트가 고정된 고체 기판, 이를 이용하여 시료로부터 미세조류를 효율적으로 분리하는 방법, 그를 포함한 시료로부터 미세조류를 효율적으로 분리하기 위한 키트 및 여과 시스템, 및 그를 제조하는 방법을 제공한다.A solid substrate on which a metal phyllosilicate containing an amino group is immobilized for use in separating microalgae, a method for efficiently separating microalgae from a sample using the same, a kit for efficiently separating microalgae from a sample containing the same, A filtration system, and a method of manufacturing the same.

Description

아미노기를 포함하는 금속 필로실리케이트가 고정된 고체 기판 및 그의 용도{Solid substrates immobilized with metal phyllosilicate including amino groups and use thereof}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a solid substrate immobilized with a metal phyllosilicate containing an amino group,

아미노기를 포함하는 금속 필로실리케이트가 고정된 고체 기판, 이를 이용하여 시료로부터 미세조류를 효율적으로 분리하는 방법, 그를 포함한 시료로부터 미세조류를 효율적으로 분리하기 위한 키트 및 여과 시스템, 및 그를 제조하는 방법에 관한 것이다.A solid substrate on which a metal phyllosilicate containing an amino group is immobilized, a method for efficiently separating microalgae from a sample using the same, a kit and a filtration system for efficiently separating microalgae from a sample containing the same, and a method for manufacturing the same .

2000년 이후로, 수송 연료로써 미세조류와 연관된 제 3의 바이오에너지로 간주되는 바이오매스는 학교나 연구소에서 뿐만 아니라 산업체에서도 관심을 끌고 있는데, 이는 석유기반의 연료를 대체하기 위해 바이오디젤을 지속적으로 생산하는데 있다. 이러한 연료는 미세조류 배양과 연관이 있으며 이들의 이점은 기존의 식물성 바이오디젤에 비해 배양 장소가 적어도 가능한데 버려진 땅이나 바다를 이용할 수 있기 때문이다. 더욱이, 이산화탄소를 저감하는 효과까지 있다. 하지만 미세조류 바이오리파이너리 공정이 지속적이고 경제적으로 용이한 연료가 되도록 개발하기 위해서는 많은 문제점이 있다. 일반적으로, 미세조류 바이오리파이너리는 주로 하류 공정으로 구성이 되어 있다. 이는 미세조류 배양, 수확, 건조 및 가치 산물에 해당하는 단백질, 탄수화물, 리피드 등을 미세조류로부터 추출, 이렇게 추출한 리피드를 지방산메틸에스테르(fatty acid methyl esters: FAME) (이하 "바이오디젤"이라고도 함)로 전환하는 공정을 포함한다. 전 공정에서 비용을 줄이기 위해, 많은 연구자들이 효율적이고 경제적인 미세조류 수확 공정에 집중해 왔으나 원심분리, 무기 및 유기 응집제를 이용한 응집, 중력에 의한 침전, 거름과 스크리닝, 부양, 전기영동 방법들이 있으나 뚜렷하게 실용적인 방안은 현재까지 없다. 나아가 세포벽 파괴를 통한 비건조 상태에서의 바이오매스로부터 리피드 추출은 에너지가 많이 들어가는 건조 공정을 없앨 수 있다. 마지막으로 질이 좋은 바이오디젤 생산을 위한 적합한 촉매의 개발과 이들 공정의 개발이 필수적이며, 추가적인 비용을 줄이기 위해 배양 미디어를 연이어 재사용하는 방법을 개발에 관심이 모아져 있다. 따라서, 미세조류 바이오연료 산업과 석유산업 기반 디젤에 견줄만한 가격으로 경쟁력을 얻기 위해서는 훨씬 더 효율적인 기술들이 개발이 되어야 한다. Since 2000, biomass, regarded as the third bio-energy associated with microalgae as a transport fuel, has attracted interest not only in schools and research laboratories but also in industry, which has consistently provided biodiesel to replace petroleum-based fuels Production. These fuels are associated with microalgae cultivation, and their advantages are that they can use abandoned land or sea, at least as far as the existing plant biodiesel. Furthermore, it has an effect of reducing carbon dioxide. However, there are many problems in developing the microalgae bio-refinery process so as to be a continuous and economically easy fuel. Generally, microalgae bio-refineries are mainly composed of downstream processes. It extracts proteins, carbohydrates, and lipids from microalgae, which are related to microalgae cultivation, harvesting, drying and value products, and extracts the lipids from fatty acid methyl esters (FAME) (hereinafter also referred to as "biodiesel" . ≪ / RTI > In order to reduce costs in the entire process, many researchers have focused on efficient and economical microalgae harvesting processes, but there are centrifugation, coagulation using inorganic and organic coagulants, sedimentation by gravity, screening, flooding, and electrophoresis There is no obvious practical way to date. Furthermore, extraction of lipids from non-dry biomass through cell wall destruction can eliminate the energy-intensive drying process. Finally, the development of suitable catalysts for the production of high-quality biodiesel and the development of these processes are essential, and there is interest in developing ways to consecutively re-use culture media to reduce additional costs. Therefore, much more efficient technologies must be developed to gain competitiveness at prices comparable to the microalgae biofuels industry and petroleum industry-based diesels.

이러한 문제점을 해결하기 위하여, 빠르고 효율적으로 녹조를 분리할 수 있는 물질 또는 방법이 요구되고 있다.In order to solve such a problem, there is a demand for a material or a method capable of rapidly and efficiently separating a greenhouse.

일 양상은 미세조류를 효율적으로 분리하는데 사용하기 위한, 아미노기를 포함하는 금속 필로실리케이트가 고정된 고체 기판을 제공하는 것이다.One aspect is to provide a solid substrate on which a metal phyllosilicate containing an amino group is immobilized, for use in efficiently separating microalgae.

다른 양상은 상기 고체 기판을 이용하여 시료로부터 미세조류를 효율적으로 분리하는 방법을 제공하는 것이다.Another aspect is to provide a method for efficiently separating microalgae from a sample using the solid substrate.

다른 양상은 상기 고체 기판을 포함한 시료로부터 미세조류를 효율적으로 분리하기 위한 키트를 제공하는 것이다.Another aspect is to provide a kit for efficiently separating microalgae from a sample containing the solid substrate.

다른 양상은 상기 고체 기판을 포함한 시료로부터 미세조류를 효율적으로 분리하기 위한 여과 시스템을 제공하는 것이다.Another aspect is to provide a filtration system for efficiently separating microalgae from a sample containing the solid substrate.

다른 양상은 아미노기를 포함하는 금속 필로실리케이트가 고정된 고체 기판을 효율적으로 제조하는 방법을 제공하는 것이다.Another aspect is to provide a method for efficiently producing a solid substrate on which a metal phyllosilicate containing an amino group is immobilized.

일 양상은 미세조류를 분리하는데 사용하기 위한, 아미노기를 포함하는 금속 필로실리케이트가 고정된 고체 기판을 제공한다.One aspect provides a solid substrate on which a metal phyllosilicate comprising an amino group is immobilized, for use in separating microalgae.

상기 고체 기판에 있어서, 상기 금속은 Mg, Ca, Zn, Mn, Cu, Co, Ni, Al, Ce 및 Fe로 이루어진 군으로부터 선택된 것일 수 있다.In the solid substrate, the metal may be selected from the group consisting of Mg, Ca, Zn, Mn, Cu, Co, Ni, Al, Ce and Fe.

상기 아미노기를 포함하는 금속 필로실리케이트는 아미노실란 화합물과 금속 이온을 용매 중에서 인큐베이션시켜 상기 아미노기를 포함하는 금속 필로실리케이트를 침전시켜 제조되는 것일 수 있다. 상기 인큐베이션은 5℃ 내지 30℃에서 수행되는 것일 수 있다. 상기 인큐베이션은 상압 또는 가압된 상태에서 수행되는 것일 수 있다. 상기 인큐베이션은 염기성 조건하에서 수행될 수 있다. 상기 염기성 조건은 아미노실란 자체의 용해에 의하여 달성되는 것일 수 있다. 상기 인큐베이션은 교반 또는 교반없이 수행되는 것일 수 있다. 침전된 금속 필로실리케이트는 반응물로부터 분리될 수 있다. 분리는 예를 들면, 침강, 원심분리, 여과, 또는 이들의 조합에 의하여 이루어질 수 있다. 생성된 금속 필로실리케이트는 고체 기판에 고정화될 수 있다. 고체 기판은 물리적 작용, 화학적 결합, 또는 이들의 조합에 의하여 고정될 수 있다. 물리적 작용은 흡착, 포획, 또는 이들의 조합일 수 있다. 화학적 결합은 공유결합, 배위결합, 발데르발스 결합, 수소 결합, 소수성 결합, 또는 이들의 조합에 의하여 이루어질 수 있다. 상기 고정은 상기 인큐베이션과 동시에 수행되거나, 별도로 이루어질 수 있다. 상기 인큐베이션은 pH 10 내지 12에서 수행되는 것일 수 있다. 본 명세서에 있어서, 용어 "금속 필로실리케이트 (metal phyllosilicate)"란 금속을 포함하는 Si2O5 또는 Si:O이 2:5로 포함된 실리케이트 테트라헤드라의 시트들을 형성하는 것일 수 있다. 필로실리케이트는 시트상 실리케이트를 나타낸다. 상기 금속 필로실리케이트는 표면에 양전하를 띠는 아미노기를 높은 밀도로 포함하고 있어 음전하를 띠는 미세조류에 결합할 수 있다. 결합은 예를 들면, 흡착 또는 정전기적 결합에 의하여 이루어진 것일 수 있다. "아미노기를 포함하는 금속 필로실리케이트"는 이하 "아미노클레이 (aminoclay)"라고도 한다. The metal phyllosilicate containing the amino group may be prepared by incubating an aminosilane compound and a metal ion in a solvent to precipitate a metal phyllosilicate containing the amino group. The incubation may be performed at 5 캜 to 30 캜. The incubation may be performed at atmospheric or pressurized conditions. The incubation can be carried out under basic conditions. The basic condition may be achieved by dissolution of the aminosilane itself. The incubation may be performed without stirring or stirring. The precipitated metal phyllosilicate can be separated from the reactants. Separation may be by, for example, sedimentation, centrifugation, filtration, or a combination thereof. The resulting metal phyllosilicate can be immobilized on a solid substrate. The solid substrate can be fixed by physical action, chemical bonding, or a combination thereof. The physical action may be adsorption, capture, or a combination thereof. The chemical bond can be made by covalent bond, coordination bond, Valdervalb bond, hydrogen bond, hydrophobic bond, or a combination thereof. The fixation may be performed simultaneously with the incubation, or may be performed separately. The incubation may be performed at pH 10-12. As used herein, the term "metal phyllosilicate" may be used to form sheets of silicate Tetrahedra containing 2: 5 Si 2 O 5 or Si: O containing metal. Phyllosilicates represent sheet-like silicates. The metal phyllosilicate contains an amino group having a positive charge on the surface at a high density, and can bind to a negatively charged microalgae. The coupling may be made, for example, by adsorption or electrostatic coupling. The "metal phyllosilicate containing amino group" is hereinafter also referred to as "aminoclay ".

도 1은 아미노기를 포함하는 금속 필로실리케이트의 구조의 예를 나타낸 도면이다. 도 1에서, a는 Mg-APTES 클레이의 이상적인 유닛 구조를 나타내고, b는 인큐베이션시 테트라에틸 오토실리케이트 (TEOS)를 첨가한 경우 얻어진 Mg-APTES 클레이 유닛 구조를 나타낸다. 얻어진 클레이는 공유 결합을 통하여 -(CH2)3NH2 모이어티를 표면에 노출시키는 실리케이트 시트에 결합되어 있는 양이온 금속 센터 (Mg2+, 또는 Fe3 +)를 포함한다. 수성 용액에서, 아미노기는 양전하를 띠게 되어 쉽게 층분리된 클레이 시트로 전환될 수 있다. 그에 따라, 높은 농도의 투명한 용액이 될 수 있다. 도 1의 (b)에 나타낸 Mg-APTES 클레이는 실리케이트 시트가 가교되어 있어 수성 용액 중에서도 층분리되지 않을 수 있다. 1 is a view showing an example of the structure of a metal phyllosilicate containing an amino group. In Figure 1, a represents the ideal unit structure of the Mg-APTES clay and b represents the Mg-APTES clay unit structure obtained when tetraethyl orthosilicate (TEOS) is added during incubation. And a (CH 2) 3 NH 2 moieties cationic metal center that is coupled to a sheet silicate of exposing the tea to a surface (Mg 2+, or Fe + 3) - the resulting clay is through a covalent bond. In the aqueous solution, the amino group is positively charged and can be readily converted to a layered clay sheet. As a result, a high concentration of the transparent solution can be obtained. The Mg-APTES clay shown in FIG. 1 (b) may not be layered in an aqueous solution because the silicate sheet is crosslinked.

상기 아미노실란 화합물은 일반식 (R1O)3SiQ1을 갖는 화합물로서, R1은 C1 내지 C10의 알킬기이고, Q1은 아미노기를 갖는 기인 것일 수 있다. R1은 메틸, 에틸, 프로필, 이소프로필, 부틸, 이소부틸, 또는 펜틸일 수 있다. Q1은 일차 아미노기, 이차 아미노기, 3차 아미노기, 4차 아미노기, 또는 이들의 조합일 수 있다. Q1은 탄소수 1 내지 100개, 예를 들면, 1 내지 80개, 1 내지 50개, 1 내지 30개, 1 내지 150개, 또는 1 내지 10개를 포함하는 것일 수 있다. 상기 아미노기를 갖는 기는 -(R2)NH2, R2 및 R3는 각각 독립적으로 C1 내지 C10의 알킬기이고 n은 1 내지 50의 정수인 -R2NH-(R3NH)n-(R4NH)m-, -(R2)N(R5)(R6)R7 및 이들의 조합으로부터 선택되는 것이고, 식 중 R2, R3, R4, R5, R6, 및 R7은 각각 독립적으로 선택되는 것으로 R2, R3, R4, R5, 및 R6은 C1 내지 C10의 알킬기이고, R7은 C1 내지 C20의 알킬기이고, n 및 m은 0 내지 20의 정수인 것일 수 있다. 상기 아미노실란 화합물은 예를 들면, (3-아미노프로필)-테트라에틸 오토실리케이트 (APTES), [3-(2-아미노에틸아미노)프로필]트리메톡시실란, 3-(2-(2-아미노에틸아미노)에틸아미노]프로필트리메톡시실란, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것일 수 있다.
The aminosilane compound is a compound having the general formula (R 1 O) 3 SiQ 1 , wherein R 1 is a C1 to C10 alkyl group and Q 1 is a group having an amino group. R 1 can be methyl, ethyl, propyl, isopropyl, butyl, isobutyl, or pentyl. Q 1 may be a primary amino group, a secondary amino group, a tertiary amino group, a quaternary amino group, or a combination thereof. Q 1 may contain 1 to 100 carbon atoms, for example, 1 to 80, 1 to 50, 1 to 30, 1 to 150, or 1 to 10 carbon atoms. Group having the group - (R 2) NH 2, R 2 and R 3 are each independently a C1 to C10 alkyl group and n is an integer of 1 -R 2 NH- of 1 to 50 (R 3 NH) n- ( R 4 NH) m-, - (R 2 ) N (R 5) (R 6) R 7 , and will be selected from a combination thereof, wherein R 2, R 3, R 4 , R 5, R 6, and R 7 are each with R 2, be selected independently of R alkyl group of 3, R 4, R 5, and R 6 is a C1 to C10, R 7 is an alkyl group of C1 to C20, n and m are integers between 0 and 20 be . The aminosilane compound may be, for example, (3- aminopropyl) tetraethyl orthosilicate (APTES), [3- (2-aminoethylamino) propyl] trimethoxysilane, 3- Ethylamino) ethylamino] propyltrimethoxysilane, and combinations thereof.

상기 인큐베이션은 가교제의 존재하에서 수행되는 것일 수 있다. 상기 가교제는 아미노클레이 시트와 축합 반응에 의하여 결합할 수 있는 실란일 수 있다. 상기 실란은 액체 상태로 존재하다 반응에 의하여 침전될 수 있는 것일 수 있다. 즉, 졸-겔 반응을 일으킬 수 있는 것일 수 있다. 상기 인큐베이션은 (3-메르캅토프로필)트리메톡시실란 (TTMS), 메틸테트라에틸 오토실리케이트 (MTES), 페닐테트라에틸 오토실리케이트 (PTES), 테트라에틸 오토실리케이트 (TEOS), 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 화합물의 존재하에서 수행되는 것일 수 있다. 상기 가교제는 실리케이트 시트 사이를 가교하는 것일 수 있다. 가교에 의하여 금속 필로실리케이트는 층분리되지 않을 수 있다. The incubation may be performed in the presence of a crosslinking agent. The crosslinking agent may be a silane which can be bonded to the amino clay sheet by a condensation reaction. The silane is present in a liquid state and can be precipitated by the reaction. That is, it may be capable of causing a sol-gel reaction. The incubation is carried out in the presence of (3-mercaptopropyl) trimethoxysilane (TTMS), methyl tetraethyl orthosilicate (MTES), phenyl tetraethyl orthosilicate (PTES), tetraethyl orthosilicate (TEOS) Lt; / RTI > in the presence of a compound selected from the group consisting of The crosslinking agent may be one which crosslinks between silicate sheets. The metal phyllosilicate may not be layer separated by crosslinking.

상기 인큐베이션은 고체 기판의 존재하에서 수행하여 금속 필로실리케이트가 고체 기판에 고정되도록 하는 것일 수 있다. The incubation may be performed in the presence of a solid substrate to allow the metal phyllosilicate to be fixed to the solid substrate.

상기 인큐베이션은 몰 기준으로 금속 이온은 아미노실란 화합물의 실리콘보다 많이 포함된 조건에서 이루어지는 것일 수 있다. 몰 기준으로 금속 이온: 실리콘은 1: 0.5 내지 0.9, 예를 들면, 1:0.75일 수 있다. The incubation may be performed under the condition that the metal ion contains more silicon than that of the aminosilane compound on a molar basis. On a molar basis, the metal ion: silicon may be from 1: 0.5 to 0.9, for example 1: 0.75.

상기 용매는 금속 이온 및 아미노실란 화합물 중 하나 이상을 녹일 수 있는 것일 수 있다. 상기 용매는 유기 용매 또는 수성 용매일 수 있다. 상기 용매는 메탄올, 에탄올, 디메틸포름아미드(DMF), 디메틸술폭시드(DMSO), 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 것일 수 있다. 상기 수성 용매는 물을 포함하는 용매, 예를 들면, 물, 염수, 또는 수성 버퍼 용액일 수 있다. The solvent may be one capable of dissolving at least one of a metal ion and an aminosilane compound. The solvent may be an organic solvent or an aqueous solvent. The solvent may be selected from the group consisting of methanol, ethanol, dimethylformamide (DMF), dimethylsulfoxide (DMSO), and combinations thereof. The aqueous solvent may be a solvent comprising water, for example, water, saline, or an aqueous buffer solution.

상기 미세조류는 녹조류 (green microalgae), 남조류 (bluegreen microalgae), 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것일 수 있다. 상기 미세조류는, 예를 들면, 클로렐라 불가리스 (Chlorella vulgaris, UTEX-265), 나노클로롭시스 오큘라타 (Nanochloropsis oculata, KMMCC-16), 시네코시스티스 종 (Synechocystis sp. PCC6803), 또는 이들의 조합일 수 있다. The microalgae may be selected from the group consisting of green microalgae, bluegreen microalgae, and combinations thereof. The microalgae may be, for example, Chlorella vulgaris , UTEX-265), Nanochloropsis oculata , KMMCC-16), Synechocystis sp. PCC6803, or a combination thereof.

상기 아미노기를 포함하는 금속 필로실리케이트는 pH 4 내지 pH 12에서 양전하를 띠는 것일 수 있다.The metal phyllosilicate containing the amino group may be positively charged at pH 4 to pH 12.

상기 고체 기판은 다공성 재질로 된 것일 수 있다. 상기 고체 기판은 액체는 통과시키나 미세조류는 통과시킬 수 없는 포어 크기를 갖는 다공성 재질로 된 것일 수 있다. 평균 포어 크기는 0.2μm 내지 1,000μm, 예를 들면, 10μm 내지 1,000μm, 10μm 내지 800μm, 10μm 내지 500μm, 10μm 내지 300μm, 30μm 내지 1,000μm, 30μm 내지 800μm, 30μm 내지 500μm, 50μm 내지 1,000μm, 50μm 내지 800μm, 50μm 내지 500μm, 또는 50μm 내지 300μm일 수 있다. 상기 고체 기판은 나무, 유리, 직물, 플라스틱, 또는 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 것일 수 있다. 플라스틱은 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (polyethylene terephthalate: PET), 폴리비닐리덴 플루오리드(polyvinylidene fluoride: PVDF) 또는 이들의 조합을 포함한다. 상기 직물은 면, 울, 나일론, 폴리에스테르, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 것일 수 있다. 상기 고체 기판이 직물인 경우, 평균 포어 크기는 1μm 내지 1,000μm일 수 있다. 상기 고체 기판이 직물을 제외한 나무, 유리, 플라스틱, 또는 이들의 조합인 경우, 평균 포어 크기는 0.2μm 내지 1μm일 수 있다. 상기 고체 기판은 임의의 형태를 가질 수 있다. 예를 들면, 구형, 플레이트, 비드, 또는 막의 형태를 갖는 것일 수 있다.
The solid substrate may be made of a porous material. The solid substrate may be made of a porous material having a pore size which allows liquid to pass through but not through microalgae. The average pore size may be in the range of from 0.2 탆 to 1,000 탆, for example, from 10 탆 to 1,000 탆, from 10 탆 to 800 탆, from 10 탆 to 500 탆, from 10 탆 to 300 탆, from 30 탆 to 1,000 탆, 50 袖 m to 500 袖 m, or 50 袖 m to 300 袖 m. The solid substrate may be selected from the group consisting of wood, glass, fabric, plastic, or a combination thereof. The plastic includes polyethylene terephthalate (PET), polyvinylidene fluoride (PVDF), or a combination thereof. The fabric may be selected from the group consisting of cotton, wool, nylon, polyester, and combinations thereof. If the solid substrate is a fabric, the average pore size may be between 1 μm and 1,000 μm. If the solid substrate is wood, glass, plastic, or a combination thereof, excluding fabrics, the average pore size may be 0.2 袖 m to 1 袖 m. The solid substrate may have any shape. For example, in the form of spheres, plates, beads, or membranes.

다른 양상은 상기한 바와 같은 고체 기판에 고정된 아미노기를 포함하는 금속 필로실리케이트와 미세조류를 포함하는 시료를 접촉시켜 미세조류를 아미노기를 포함하는 금속 필로실리케이트에 결합시키는 단계;를 포함하는, 시료로부터 미세조류를 분리하는 방법을 제공한다.Another aspect relates to a method for preparing microspheres, comprising contacting a sample comprising microalgae with a metal phyllosilicate comprising an amino group immobilized on a solid substrate as described above, and binding the microalgae to a metal phyllosilicate comprising an amino group A method for separating microalgae is provided.

상기 방법에 있어서, 상기 접촉은 고체 기판에 시료를 통과시키는 단계를 포함하는 것일 수 있다. 이 경우 상기 고체 기판은 액체는 통과시키나 미세조류는 통과시킬 수 없는 포어 크기를 갖는 다공성 재질로 된 것일 수 있다. 그외 고체 기판에 대하여는 상기한 바와 동일하다. 그 결과 시료 중 액체는 고체 기판을 통과하여 제거되고 미세조류는 고체 기판의 금속 필로실리케이트에 결합될 수 있다. 결합된 미세조류는 고체 기판으로부터 분리되거나 그 자체로서 추가로 처리될 수 있다. 상기 접촉은 교반 또는 교반 없이 수행될 수 있다.
In the method, the contacting may comprise passing the sample through the solid substrate. In this case, the solid substrate may be made of a porous material having a pore size which allows liquid to pass through but not through microalgae. The other solid substrates are the same as those described above. As a result, the liquid in the sample is removed through the solid substrate and the microalgae can be bonded to the metal fill silicate of the solid substrate. The bound microalgae can be separated from the solid substrate or further processed as such. The contact may be carried out without stirring or stirring.

다른 양상은 상기한 바와 같은 고체 기판 및 시료로부터 미세조류를 분리하는데 사용되는 시약을 포함하는, 시료로부터 미세조류를 분리하기 위한 키트를 제공한다. 시료로부터 미세조류를 분리하는데 사용되는 시약은 예를 들면, 세척액, 금속 필로실리케이트에 결합된 미세조류를 분리하기 위한 용리액, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 상기 키트는 또한, 시료로부터 미세조류를 분리하는데 키트를 사용하기 위한 설명서를 포함할 수 있다.
Another aspect provides a kit for separating microalgae from a sample, comprising a solid substrate as described above and a reagent used to separate microalgae from the sample. The reagent used to separate the microalgae from the sample may include, for example, a wash liquor, an eluent to separate microalgae bound to the metal phyllosilicate, or a combination thereof. The kit may also include instructions for using the kit to separate microalgae from the sample.

다른 양상은 여과 매체로서 상기한 바와 같은 고체 기판을 포함하는, 시료로부터 미세조류를 분리하기 위한 여과 시스템을 제공한다. 상기 여과 시스템은 상기 고체 기판이 일 말단에 설치되어 있는 유체가 흐를 수 있는 관 또는 채널을 포함하는 데드-엔드 필터 시스템일 수 있다. 또한, 상기 여과 시스템은 상기 고체 기판이 유체가 흐를 수 있는 관 또는 채널의 측벽에 설치되어 있는 크로스-플루오 필터 시스템일 수 있다.
Another aspect provides a filtration system for separating microalgae from a sample, comprising a solid substrate as described above as a filtration media. The filtration system may be a dead-end filter system including a tube or channel through which the fluid at one end of the solid substrate can flow. In addition, the filtration system may be a cross-fluoro filter system in which the solid substrate is installed on a sidewall of a pipe or channel through which a fluid can flow.

다른 양상은 고체 기판, 아미노실란 화합물과 금속 이온을 용매 중에서 인큐베이션시켜 아미노기를 포함하는 금속 필로실리케이트를 고체 기판 표면에 고정시키는 단계;를 포함하는, 아미노기를 포함하는 금속 필로실리케이트가 고정된 고체 기판을 제조하는 방법을 제공한다.In another aspect, there is provided a method for preparing a solid substrate, comprising immobilizing a solid substrate, an amino silane compound and metal ions in a solvent to fix a metal phyllosilicate containing an amino group on a solid substrate surface, The method comprising:

상기 방법에 있어서, 상기 금속은 Mg, Ca, Zn, Mn, Cu, Co, Ni, Al, Ce 및 Fe로 이루어진 군으로부터 선택된 것일 수 있다.In this method, the metal may be selected from the group consisting of Mg, Ca, Zn, Mn, Cu, Co, Ni, Al, Ce and Fe.

상기 인큐베이션은 5℃ 내지 30℃에서 수행되는 것일 수 있다. 상기 인큐베이션은 상압 상태에서 수행되는 것일 수 있다. 상기 인큐베이션은 교반 또는 교반없이 수행되는 것일 수 있다. 고체 기판은 반응물로부터 분리될 수 있다. 분리는 예를 들면, 침강, 원심분리, 여과, 또는 이들의 조합에 의하여 이루어질 수 있다. 생성된 금속 필로실리케이트는 고체 기판에 고정화될 수 있다. 고체 기판은 물리적 작용, 화학적 결합, 또는 이들의 조합에 의하여 고정될 수 있다. 물리적 작용은 흡착, 포획, 또는 이들의 조합일 수 있다. 화학적 결합은 공유결합, 배위결합, 발데르발스 결합, 수소 결합, 소수성 결합, 또는 이들의 조합에 의하여 이루어질 수 있다. 상기 고정은 상기 인큐베이션과 동시에 수행될 수 있다. 상기 인큐베이션은 pH 10 내지 12에서 수행되는 것일 수 있다. The incubation may be performed at 5 캜 to 30 캜. The incubation may be performed at atmospheric pressure. The incubation may be performed without stirring or stirring. The solid substrate can be separated from the reactants. Separation may be by, for example, sedimentation, centrifugation, filtration, or a combination thereof. The resulting metal phyllosilicate can be immobilized on a solid substrate. The solid substrate can be fixed by physical action, chemical bonding, or a combination thereof. The physical action may be adsorption, capture, or a combination thereof. The chemical bond can be made by covalent bond, coordination bond, Valdervalb bond, hydrogen bond, hydrophobic bond, or a combination thereof. The fixation may be performed concurrently with the incubation. The incubation may be performed at pH 10-12.

상기 아미노실란 화합물은 일반식 (R1O)3SiQ1을 갖는 화합물로서, R1은 C1 내지 C10의 알킬기이고, Q1은 아미노기를 갖는 기인 것일 수 있다. R1은 메틸, 에틸, 프로필, 이소프로필, 부틸, 이소부틸, 또는 펜틸일 수 있다. Q1은 일차 아미노기, 이차 아미노기, 3차 아미노기, 4차 아미노기, 또는 이들의 조합일 수 있다. Q1은 탄소수 1 내지 100개, 예를 들면, 1 내지 80개, 1 내지 50개, 1 내지 30개, 1 내지 150개, 또는 1 내지 10개를 포함하는 것일 수 있다. 상기 아미노기를 갖는 기는 -(R2)NH2, R2 및 R3는 각각 독립적으로 C1 내지 C10의 알킬기이고 n은 1 내지 50의 정수인 -R2NH-(R3NH)n-(R4NH)m-, -(R2)N(R5)(R6)R7 및 이들의 조합으로부터 선택되는 것이고, 식 중 R2, R3, R4, R5, R6, 및 R7은 각각 독립적으로 선택되는 것으로 R2, R3, R4, R5, 및 R6은 C1 내지 C10의 알킬기이고, R7은 C1 내지 C20의 알킬기이고, n 및 m은 0 내지 20의 정수인 것일 수 있다. 상기 아미노실란 화합물은 예를 들면, (3-아미노프로필)-테트라에틸 오토실리케이트 (APTES), [3-(2-아미노에틸아미노)프로필]트리메톡시실란, 3-(2-(2-아미노에틸아미노)에틸아미노]프로필트리메톡시실란, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것일 수 있다.
The aminosilane compound is a compound having the general formula (R 1 O) 3 SiQ 1 , wherein R 1 is a C1 to C10 alkyl group and Q 1 is a group having an amino group. R 1 can be methyl, ethyl, propyl, isopropyl, butyl, isobutyl, or pentyl. Q 1 may be a primary amino group, a secondary amino group, a tertiary amino group, a quaternary amino group, or a combination thereof. Q 1 may contain 1 to 100 carbon atoms, for example, 1 to 80, 1 to 50, 1 to 30, 1 to 150, or 1 to 10 carbon atoms. Group having the group - (R 2) NH 2, R 2 and R 3 are each independently a C1 to C10 alkyl group and n is an integer of 1 -R 2 NH- of 1 to 50 (R 3 NH) n- ( R 4 NH) m-, - (R 2 ) N (R 5) (R 6) R 7 , and will be selected from a combination thereof, wherein R 2, R 3, R 4 , R 5, R 6, and R 7 are each with R 2, be selected independently of R alkyl group of 3, R 4, R 5, and R 6 is a C1 to C10, R 7 is an alkyl group of C1 to C20, n and m are integers between 0 and 20 be . The aminosilane compound may be, for example, (3- aminopropyl) tetraethyl orthosilicate (APTES), [3- (2-aminoethylamino) propyl] trimethoxysilane, 3- Ethylamino) ethylamino] propyltrimethoxysilane, and combinations thereof.

상기 인큐베이션은 가교제의 존재하에서 수행되는 것일 수 있다. 상기 인큐베이션은 (3-메르캅토프로필)트리메톡시실란 (TTMS), 메틸테트라에틸 오토실리케이트 (MTES), 페닐테트라에틸 오토실리케이트 (PTES), 테트라에틸 오토실리케이트 (TEOS), 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 화합물의 존재하에서 수행되는 것일 수 있다. 상기 가교제는 실리케이트 시트 사이를 가교하는 것일 수 있다. 가교에 의하여 금속 필로실리케이트는 층분리되지 않을 수 있다. The incubation may be performed in the presence of a crosslinking agent. The incubation is carried out in the presence of (3-mercaptopropyl) trimethoxysilane (TTMS), methyl tetraethyl orthosilicate (MTES), phenyl tetraethyl orthosilicate (PTES), tetraethyl orthosilicate (TEOS) Lt; / RTI > in the presence of a compound selected from the group consisting of The crosslinking agent may be one which crosslinks between silicate sheets. The metal phyllosilicate may not be layer separated by crosslinking.

상기 인큐베이션은 몰 기준으로 금속 이온은 아미노실란 화합물의 실리콘보다 많이 포함된 조건에서 이루어지는 것일 수 있다. 몰 기준으로 금속 이온: 실리콘은 1: 0.5 내지 0.9, 예를 들면, 1:0.75일 수 있다. The incubation may be performed under the condition that the metal ion contains more silicon than that of the aminosilane compound on a molar basis. On a molar basis, the metal ion: silicon may be from 1: 0.5 to 0.9, for example 1: 0.75.

상기 용매는 금속 이온 및 아미노실란 화합물 중 하나 이상을 녹일 수 있는 것일 수 있다. 상기 용매는 유기 용매 또는 수성 용매일 수 있다. 상기 용매는 메탄올, 에탄올, 디메틸포름아미드(DMF), 디메틸술폭시드(DMSO), 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 것일 수 있다. 상기 수성 용매는 물을 포함하는 용매, 예를 들면, 물, 염수, 또는 수성 버퍼 용액일 수 있다. The solvent may be one capable of dissolving at least one of a metal ion and an aminosilane compound. The solvent may be an organic solvent or an aqueous solvent. The solvent may be selected from the group consisting of methanol, ethanol, dimethylformamide (DMF), dimethylsulfoxide (DMSO), and combinations thereof. The aqueous solvent may be a solvent comprising water, for example, water, saline, or an aqueous buffer solution.

상기 미세조류는 녹조류, 남조류, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것일 수 있다.The microalgae may be selected from the group consisting of green algae, cyanobacteria, and combinations thereof.

상기 아미노기를 포함하는 금속 필로실리케이트는 pH 4 내지 pH 10에서 양전하를 띠는 것일 수 있다.The metal phyllosilicate containing the amino group may be positively charged at pH 4 to pH 10.

상기 고체 기판은 다공성 재질로 된 것일 수 있다. 상기 고체 기판은 액체는 통과시키나 미세조류는 통과시킬 수 없는 포어 크기를 갖는 다공성 재질로 된 것일 수 있다. 평균 포어 크기는 1μm 내지 1,000μm, 예를 들면, 10μm 내지 1,000μm, 10μm 내지 800μm, 10μm 내지 500μm, 10μm 내지 300μm, 30μm 내지 1,000μm, 30μm 내지 800μm, 30μm 내지 500μm, 50μm 내지 1,000μm, 50μm 내지 800μm, 50μm 내지 500μm, 또는 50μm 내지 300μm일 수 있다. 상기 고체 기판은 나무, 유리, 직물, 플라스틱, 또는 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 것일 수 있다. 플라스틱은 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (PET), 폴리비닐리덴 플루오리드 (PVDF) 또는 이들의 조합을 포함한다. 상기 직물은 면, 울, 나일론, 폴리에스테르, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 것일 수 있다. 상기 고체 기판이 직물인 경우, 평균 포어 크기는 1μm 내지 1,000μm일 수 있다. 상기 고체 기판이 직물을 제외한 나무, 유리, 플라스틱, 또는 이들의 조합인 경우, 평균 포어 크기는 0.2μm 내지 1μm일 수 있다. 상기 고체 기판은 임의의 형태를 가질 수 있다. 예를 들면, 구형, 플레이트, 비드, 또는 막의 형태를 갖는 것일 수 있다.
The solid substrate may be made of a porous material. The solid substrate may be made of a porous material having a pore size which allows liquid to pass through but not through microalgae. The average pore size may be in the range of 1 탆 to 1,000 탆 such as 10 탆 to 1,000 탆, 10 탆 to 800 탆, 10 탆 to 500 탆, 10 탆 to 300 탆, 30 탆 to 1,000 탆, 30 탆 to 800 탆, 30 탆 to 500 탆, 50 [mu] m to 500 [mu] m, or 50 [mu] m to 300 [mu] m. The solid substrate may be selected from the group consisting of wood, glass, fabric, plastic, or a combination thereof. The plastic includes polyethylene terephthalate (PET), polyvinylidene fluoride (PVDF), or a combination thereof. The fabric may be selected from the group consisting of cotton, wool, nylon, polyester, and combinations thereof. If the solid substrate is a fabric, the average pore size may be between 1 μm and 1,000 μm. If the solid substrate is wood, glass, plastic, or a combination thereof, excluding fabrics, the average pore size may be 0.2 袖 m to 1 袖 m. The solid substrate may have any shape. For example, in the form of spheres, plates, beads, or membranes.

일 양상에 따른 아미노기를 포함하는 금속 필로실리케이트가 고정된 고체 기판에 의하면, 미세조류를 효율적으로 분리하는데 사용될 수 있다.According to one aspect of the present invention, a solid substrate on which a metal phyllosilicate containing an amino group is immobilized can be used for efficiently separating microalgae.

다른 양상에 따른 시료로부터 미세조류를 분리하는 방법에 의하면, 시료로부터 미세조류를 효율적으로 분리할 수 있다.According to the method of separating the microalgae from the sample according to another aspect, the microalgae can be efficiently separated from the sample.

다른 양상에 따른 시료로부터 미세조류를 분리하기 위한 키트에 의하면, 미세조류를 효율적으로 분리하는데 사용될 수 있다.The kit for separating the microalgae from the sample according to another aspect can be used for efficiently separating the microalgae.

다른 양상에 따른 시료로부터 미세조류를 분리하기 위한 여과 시스템에 의하면, 미세조류를 효율적으로 분리하는데 사용될 수 있다.The filtration system for separating the microalgae from the sample according to another aspect can be used for efficiently separating the microalgae.

다른 양상에 따른 아미노기를 포함하는 금속 필로실리케이트가 고정된 고체 기판을 제조하는 방법에 의하면, 아미노기를 포함하는 금속 필로실리케이트가 고정된 고체 기판을 효율적으로 제조할 수 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a solid substrate on which a metal phyllosilicate containing an amino group is immobilized.

도 1은 아미노기를 포함하는 금속 필로실리케이트의 구조의 예를 나타낸 도면이다.
도 2는 Fe-APTES 클레이가 두 번 코팅된 면의 사진을 나타낸다.
도 3은 Fe-APTES 클레이를 코팅한 직물을 필터로 이용하여 수직 흐름 여과를 이용한 클로렐라 불가리스 수확한 결과를 나타낸 도면이다.
도 4와 도 5는 각각 아미노클레이로 2번 코팅한 면과 나일론을 이용한 미세조류 수확의 수직흐름 (flux, Lm-2 hr)과 제거 효율 (%)을 나타낸다.
도 6 및 도 7은 Fe-APTES 클레이가 2번 코팅된 면 및 나일론을 이용한 미세조류 수확 전(A)과 후(B)의 비디오 마이크로스코피 이미지를 나타낸다.
도 8은 새로 제작된 PET 막 (좌측)과 수평 흐름 공정을 수행한 후 (우측)의 바이오파울링의 정도를 나타낸 PET 막의 사진이다.
도 9는 새로 제작된 PET 막 (좌측)과 거기에 Fe-APTES 클레이로 한번 코팅한 PET 막 (우측)의 사진을 나타낸다.
도 10은 Fe-APTES 클레이로 두 번 코팅한 PET 막 (좌측)과 수평흐름 공정을 수행한 후 (우측)의 바이오파울링의 정도를 나타낸 PET 막의 사진이다.
도 11은 Fe-APTES 클레이로 세 번 코팅한 PET 막 (좌측)과 수평흐름 공정을 수행한 후(우측)의 바이오파울링의 정도를 나타낸 PET 막의 사진이다.
도 12는 새로 제작된 PVDF 막 (좌측)과 수평 흐름 공정을 수행한 후 (우측)의 바이오파울링의 정도를 나타낸 PVDF 막의 사진이다.
도 13은 새로 제작된 PVDF 막 (좌측)과 거기에 Fe-APTES 클레이로 한번 코팅한 PVDF 막 (우측)의 사진을 나타낸다.
도 14는 Fe-APTES 클레이로 두 번 코팅한 PVDF 막 (좌측)과 수평흐름 공정을 수행한 후 (우측)의 바이오파울링의 정도를 나타낸 PVDF 막의 사진이다.
도 15는 Fe-APTES 클레이로 세 번 코팅한 PVDF 막 (좌측)과 수평흐름 공정을 수행한 후(우측)의 바이오파울링의 정도를 나타낸 PVDF 막의 사진이다.
도 16은 코팅되지 않은 PET 막과 Fe-APTES를 두 번 및 세 번 코팅한 PET 막을 통한 수평 흐름 여과 공정에서 시간에 따른 플럭스를 나타낸 도면이다.
도 17은 코팅되지 않은 PVDF 막과 Fe-APTES를 두 번 및 세 번 코팅한 PVDF 막을 통한 수평 흐름 여과 공정에서 시간에 따른 플럭스를 나타낸 도면이다.
1 is a view showing an example of the structure of a metal phyllosilicate containing an amino group.
Figure 2 shows a photograph of a surface coated twice with an Fe-APTES clay.
FIG. 3 is a view showing the result of chlorella bulgaris harvest using vertical flow filtration using a fabric coated with Fe-APTES clay as a filter. FIG.
Figs. 4 and 5 show the vertical flow (flux, Lm -2 hr) and the removal efficiency (%) of microalgae harvest using nylon coated cotton coated with amino clay, respectively.
Figs. 6 and 7 show video microscopy images of micro-algae harvesting (A) and after (B) using two coated surfaces of Fe-APTES clay and nylon.
FIG. 8 is a photograph of a PET film showing the degree of biofouling after a newly formed PET film (left) and a horizontal flow process (right).
9 shows photographs of a newly produced PET film (left side) and a PET film (right side) coated once with a Fe-APTES clay.
FIG. 10 is a photograph of a PET film (left) coated twice with Fe-APTES clay and a PET film showing the degree of biofouling after the horizontal flow process (right).
11 is a photograph of a PET film coated three times with Fe-APTES clay (left) and a PET film showing the degree of biofouling after the horizontal flow process (right).
Fig. 12 is a photograph of a PVDF membrane showing the degree of biofouling after a newly fabricated PVDF membrane (left) and a horizontal flow process (right).
13 shows photographs of a newly fabricated PVDF film (left side) and a PVDF film (right side) coated once with a Fe-APTES clay.
Figure 14 is a photograph of a PVDF membrane (left) coated twice with an Fe-APTES clay and a PVDF membrane showing the degree of biofouling after the horizontal flow process (right).
FIG. 15 is a photograph of a PVDF membrane (left) coated three times with Fe-APTES clay and a PVDF membrane showing the degree of biofouling after the horizontal flow process (right).
Figure 16 is a plot of flux over time in a horizontal flow filtration process through an uncoated PET film and a PET film coated twice and three times with Fe-APTES.
Figure 17 is a plot of flux over time in a horizontal flow filtration process through an uncoated PVDF membrane and a PVDF membrane coated twice and three times with Fe-APTES.

이하 본 발명을 실시예를 통하여 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 이들 실시예는 본 발명을 예시적으로 설명하기 위한 것으로 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. However, these examples are for illustrative purposes only, and the scope of the present invention is not limited to these examples.

1. 실험 방법1. Experimental Method

달리 언급이 없으면 이하 실시예는 하기 실험 방법에 따랐다.
Unless otherwise stated, the following examples were subjected to the following experimental methods.

(1) (One) 아미노클레이Amino clay 합성과  Synthetic 아미노클레이를Amino clay 고체 기판에 고정화하는 방법 Method for immobilization on a solid substrate

각 아미노클레이 (Mg-APTES 클레이와 Fe-APTES 클레이)를 제조하였다. 간략하게, 8.4 g (0.0413 mol)의 MgCl2ㆍH2O (준세이)을 200 mL 에탄올 (삼천 순수화학)에 넣어서 10분 동안 스터링해서 녹인다. 그런 연후에 13 mL(0.0587 mol)의 (3-아미노프로필)-트리에톡시실란 (3-aminopropyltriethoxysilane: APTES, 시그마-알드리치)을 MgCl2가 녹은 에탄올 용액에 피펫으로 넣어서 마그네틱 스터링을 12시간 동안 진행한다. 이 경우 pH는 약 10이었다. 침전된 물질은 원심분리 (2800 rpm, 10분)하여 수거를 하여 에탄올로 2번 더 세척하여 과량으로 남아있는 MgCl2를 제거한다. 그리고 생성물을 45℃ 오븐에 넣어 하루 정도 말린 후 막자 사발로 갈아서 사용한다. 유사하게, Fe-APTES 클레이 합성시에는 MgCl2ㆍH2O (준세이) 대신에 FeCl3ㆍH2O (시그마-알드리치)를 사용한다. Each amino clay (Mg-APTES clay and Fe-APTES clay) was prepared. Briefly, 8.4 g (0.0413 mol) of MgCl 2 .H 2 O (Junsei) is dissolved in 200 mL ethanol (Samchun Pure Chemical) and sterilized for 10 minutes. After that, 13 mL (0.0587 mol) of (3-aminopropyltriethoxysilane: APTES, Sigma-Aldrich) was pipetted into the MgCl 2 -oluted ethanol solution and magnetic stirrer was performed for 12 hours do. In this case, the pH was about 10. The precipitated material is collected by centrifugation (2800 rpm, 10 minutes) and then washed twice with ethanol to remove excess MgCl 2 . Then, the product is put in an oven at 45 ° C, dried for a day, and then grinded in a mortar. Similarly, in the Fe-APTES clay synthesis, FeCl 3 .H 2 O (Sigma-Aldrich) is used in place of MgCl 2 .H 2 O (quasicrystal).

직물 또는 막에 Fe-APTES 클레이를 코팅하기 위해, 직물과 막을 8.4 g의 FeCl3ㆍH2O를 넣은 200 mL 에탄올 용액에 6시간 동안 담근 후 꺼내어 40 mL APTES와 5 mL 테트라에틸 오토실리케이트 (TEOS, 0.0240 mol)을 혼합한 200 mL 에탄올 용액에 담근다. 직물은 면과 나일론을 사용하였고(크기 110 mmx 65 mm), 막 물질로는 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (polyethylene terephthalate: PET)와 폴리비닐리덴 플루오리드(polyvinylidene fluoride: PVDF)을 사용하였다 (크기 10cm x 5cm, 유효 크기 6.3cm x 2.2cm). To coat Fe-APTES clay on fabrics or membranes, the fabrics and membranes were immersed in 200 mL of ethanol solution containing 8.4 g of FeCl 3 .H 2 O for 6 hours, taken out, and resuspended in 40 mL APTES and 5 mL tetraethylorthosilicate (TEOS , 0.0240 mol) in 200 mL of ethanol. Polyethylene terephthalate (PET) and polyvinylidene fluoride (PVDF) were used as the membrane material (size 10 cm x 5 cm, size: 110 mm x 65 mm) Effective size 6.3cm x 2.2cm).

이렇게 수행한 것을 1번 코팅한 것이라 칭한다. 2번 코팅을 수행하면 런(runs)=2이라 칭한다. 코팅한 직물 또는 막을 에탄올에 씻은 후 24시간 동안 상온에서 말려서 사용한다.
This is called coating one time. When the second coating is performed, it is referred to as runs = 2. The coated fabric or membrane is washed in ethanol and dried for 24 hours at room temperature.

(2) 미세조류 종, 배양 조건 및 재배양(2) Microalga species, culture condition and cultivation amount

담수종 미세조류, 클로렐라 불가리스 (Chlorella vulgaris, UTEX-265)를 미국의 텍사스 대학의 UTEX 조류 센터에서 구입을 하였으며 표준 TAP (Tris-Acetate-Phosphate) 미디어 (최종 1L 중 트리스(히드록시메틸)-아미노메탄 20mM, NH4Cl 7mM, MgSO4ㆍ7H2O 0.83mM, CaCl2ㆍ2H2O 0.45mM, K2HPO4 1.65 mM, KH2PO4 1.05 mM, Na2EDTAㆍ2H2O 0.134 mM, ZnSO4ㆍ7H2O 0.136 mM, H3BO3 0.184 mM, MnCl2ㆍ4H2O 40μM, FeSO4ㆍ7H2O 32.9μM, CoCl2ㆍ6H2O 12.3μM, CuSO4ㆍ5H2O 10μM, (NH4)6Mo7O24ㆍ4H2O 0.928μM, 아세트산 1mL, 및 나머지는 물) 또는 표준 F/2 미디어 (최종 1L 중 NaNO3 0.075g, NaH2PO4ㆍ2H2O 0.00565g, 미량원소 스탁 용액 1.0mL, 비타민 믹스 스탁 용액 1.0mL, 및 나머지는 물; 미량원소 스탁 용액은 최종 1L 중 Na2EDTA 4.16g, FeCl3ㆍ6H2O 3.15g, CuSO4ㆍ5H2O 0.01g, ZnSO4ㆍ7H2O 0.022g, CoCl2ㆍ6H2O 0.01g, MnCl2ㆍ 4H2O 0.18g, Na2MoO4ㆍ2H2O 0.006g, 및 나머지는 물; 비타민 믹스는 최종 1L 중 시아노코발아민 (비타민 B12) 0.0005g, 티아민 HCl (비타민 B1) 0.1g, 비오틴 0.0005g 및 나머지는 물) Freshwater species microalgae, Chlorella vulgaris, a UTEX-265) was purchase from UTEX birds center of Texas College of standard TAP (in Tris-Acetate-Phosphate) media (final 1L tris (hydroxymethyl) -amino methane 20mM, NH4Cl 7mM, MgSO 4 and 7H 2 O 0.83mM, CaCl 2 and 2H 2 O 0.45mM, K 2 HPO 4 1.65 mM, KH 2 PO 4 1.05 mM, Na 2 EDTA and 2H 2 O 0.134 mM, ZnSO 4 and 7H 2 O 0.136 mM, H 3 BO 3 0.184 mM, MnCl 2 .4H 2 O 40 μM, FeSO 4揃 7H 2 O 32.9 μM, CoCl 2揃 6H 2 O 12.3 μM, CuSO 4揃 5H 2 O 10 μM, (NH 4 ) 6 Mo 7 O 24揃 4H 2 O 0.928μM, 1mL of acetic acid, and the balance is water) or standard F / 2 medium (final 1L of NaNO 3 0.075g, NaH 2 PO 4 and 2H 2 O 0.00565g, trace element solution 1.0mL Stark, vitamin mix the stock solution 1.0mL, and the remainder water; the stock solution of trace elements final 1L of Na 2 EDTA 4.16g, FeCl 3 and 6H 2 O 3.15g, CuSO 4 and 5H 2 O 0.01g, ZnSO 4 and 7H 2 O 0.022g, CoCl 2 · 6H 2 O 0.01g, MnCl 2 and 4H 2 O 0.18g, Na 2 MoO 4 and 2H 2 O 0.006g, and the remainder water; vitamin mix Is cyano cobalt amine (vitamin B12), 0.0005g, thiamin HCl (vitamin B1), 0.1g, biotin 0.0005g and the rest water) in the final 1L

스에서 2000 럭스의 빛 세기에서 배양하였다. 해수종, 나노클로롭시스 오큘라타 (Nanochloropsis oculata, KMMCC-16)는 부산의 한국 해양 배양 모음 센터 (Korean marine culture collection)에서 구입하였으며 표준 F/2 미디어에서 2000 럭스의 빛 강도로 2% CO2로 공급하면서 배양하였다. 시아노박테리아 종, 시네코시스티스 종 (Synechocystis sp. PCC6803)를 충남대학교에서 얻어서 배양하였다. Lt; RTI ID = 0.0 > 2000 < / RTI > Seawater species, Nanochloropsis oculata , KMMCC-16) were purchased from the Korean marine culture collection in Busan and cultured in standard F / 2 media with 2,000 CO 2 at a light intensity of 2000 lux. Cyanobacteria species, Synechocystis sp. PCC6803 were obtained from Chungnam National University and cultured.

이 3가지 미세조류 종 모두는 다음과 같은 조건에서 500 mL 플라스크에서 배양을 하였다. 온도는 30℃, 교반 스피드는 125 rpm. 모든 장비와 미디어는 121℃에서 15-20분 동안 오토클레이브 한 후에 무균 상태를 만든 후 배양을 시작하였다. 로그 상의 마지막 즈음에 바이오매스를 분리 또는 수확 실험을 위해 이용하였다. 배양에서 바이오매스 농도를 측정하기 위해서, 클로렐라 불가리스, 나노클로롭시스 오큘라타, 시네코시스티스 종은 각각 682 nm, 660 nm, 및 730 nm에서 광학밀도 (optical density, OD)를 측정하였다. 배치 모드에서의 수확실험은 100 mL 유리 실린더에서 수행하였다. All three species of microalgae were cultured in a 500 mL flask under the following conditions. The temperature was 30 占 폚, the stirring speed was 125 rpm. All equipment and media were autoclaved at 121 ° C for 15-20 minutes, then sterilized and incubated. At the end of the log, biomass was used for separation or harvesting experiments. To measure the biomass concentration in the culture, the optical density (OD) was measured at 682 nm, 660 nm, and 730 nm for chlorella bulgurris, nanochloroboscis oculatus, and synechocystis species, respectively. Harvest experiments in batch mode were performed in 100 mL glass cylinders.

(3) 벌크 수확과 수직 흐름 여과 실험(3) Bulk harvesting and vertical flow filtration experiments

Mg-APTES 클레이를 이용한 벌크 수확은 1L 유리 실린더에서 실시하였다. Mg-APTES 클레이를 1-2분 동안 배양한 미세조류와 혼합한 후, 응집이 일어나도록 그대로 두었다. 상등액 샘플을 주기적으로 취하여 배양의 광학 밀도를 재고 수확효율 (%)를 계산하였다. 샘플은 유리 실린더의 중간에서 제거하였으며, 유리 실린더의 높이에 따라 제거하면서 수행하였다. Fe-APTES 클레이를 코팅한 직물은 수직 흐름 여과 (dead-end filter) 시스템을 이용하여 여과 필터로 사용하였다. 전체 미세조류 1L를 여과 실험으로 사용하였으며, 필터를 통하여 투과흐름 (flux)을 계산하기 위해 투과용액 무게를 정량하였다. 필터의 유효면적 크기는 9.60 cm2이었으며, 수확 및 여과 효율은 다음의 식을 이용하여 측정하였다. Bulk harvesting with Mg-APTES clay was carried out in a 1 L glass cylinder. The Mg-APTES clay was mixed with the microalgae cultured for 1 to 2 minutes and allowed to flocculate. The supernatant samples were taken periodically to determine the optical density of the cultures and to calculate the harvest efficiency (%). The sample was removed from the middle of the glass cylinder and performed with removal according to the height of the glass cylinder. Fabrics coated with Fe-APTES clay were used as filtration filters using a dead-end filter system. 1L of total microalgae was used as a filtration experiment, and the weight of the permeate solution was calculated to calculate the flux through the filter. The effective area size of the filter was 9.60 cm 2 , and the harvesting and filtration efficiency was measured using the following equation.

수확효율 (%) = 1-ODf/ODi Harvest efficiency (%) = 1-OD f / OD i

여기서 ODf와 ODi는 미세조류 배양액의 마지막과 처음 광학 밀도 값이다.Where OD f and OD i are the final and first optical density values of the microalgae culture.

필터를 통한 수직흐름은 다음의 식을 이용하여 계산하였다.The vertical flow through the filter was calculated using the following equation.

플럭스 (L m-2h-1) = 여과물 (permeate) 부피/ (면적 x 시간)Flux (L m -2 h -1 ) = Permeate volume / (area x time)

여기서 면적은 Fe-APTES 클레이가 코팅된 필터의 유효면적이다. Here the area is the effective area of the filter coated with Fe-APTES clay.

(4) 미세조류 (4) microalgae 리피드Lipid 추출을 통한  Through extraction 지방산메틸에스테르Fatty acid methyl ester ( ( FAMEFAME )로의 전환)

바이오매스를 4℃에서 5000 rpm으로 10분 동안 원심분리하여 상등액을 버리고 연이어 증류수로 세척한다. 원심분리하여 얻은 바이오매스를 액체 질소를 이용하여 얼리고 -40℃에서 진공동결건조하였다. 전체 리피드를 Folch 방식과 비슷한 클로로포름-메탄올 (2:1, v/v) 용매 혼합으로 건조된 바이오매스 10 mg에서 추출하였다. Centrifuge the biomass at 4 ° C at 5000 rpm for 10 minutes to discard the supernatant and wash it with distilled water. The biomass obtained by centrifugation was frozen using liquid nitrogen and vacuum freeze-dried at -40 ° C. The total lipid was extracted from 10 mg of dried biomass by a chloroform-methanol (2: 1, v / v) solvent mixture similar to Folch's method.

추출된 리피드를 트랜스에스터리피케이션 반응을 이용하여 지방산메틸에스테르 (FAME)로 전환하였다. 간략하게, 메탄올을 황산이 촉매로 들어가 있는 추출된 리피드에 넣은 후에 100℃에서 10분 동안 반응을 진행하였다. 유기층에서의 FAME을 기체 크로마토그래피 (GC, HP5890, Agilent, USA)에 불꽃 이온화 검출기 (FID)로 INNOWAX 모세관 칼럼 (30 m x 0.32 mm x 0.5 μm, Agilent, USA)을 장착하여 분석하였다. 가스 크로마토그래피 칼럼 온도는 다음과 같이 프로그램화하였다. (1) 초기 칼럼 온도는 50℃에서 1 분간 멈춘다. (2) 분당 15℃의 속도로 200℃까지 올린다. (3) 분당 2분 속도로 250℃까지 올리고 2분 동안 유지한다. 각 FAME 성분을 잔류시간과 피크 면적을 표준 용액을 이용하여 정성 및 정량 분석을 하였다. The extracted lipids were converted to fatty acid methyl esters (FAME) using the transesterification reaction. Briefly, methanol was added to the extracted lipid which contained sulfuric acid as a catalyst, followed by reaction at 100 ° C for 10 minutes. The FAME in the organic layer was analyzed by gas chromatography (GC, HP5890, Agilent, USA) with an INNOWAX capillary column (30 m x 0.32 mm x 0.5 μm, Agilent, USA) with a flame ionization detector (FID). The gas chromatographic column temperature was programmed as follows. (1) The initial column temperature is stopped at 50 ° C for 1 minute. (2) Raise to 200 DEG C at a rate of 15 DEG C per minute. (3) Raise to 250 ° C at a rate of 2 minutes per minute and hold for 2 minutes. Each FAME component was analyzed qualitatively and quantitatively using the standard solution for the residual time and peak area.

(5) 특성평가와 장비(5) Characteristic evaluation and equipment

미세조류 바이오매스 농도 (g/L)는 분광학도계 (UV-visible spectrophotometer, Beckman Coulter, DU 730)를 이용하여 광학밀도 (optical density, OD)를 측정하여 계산하였다. The concentration of microalgae biomass (g / L) was calculated by measuring the optical density (OD) using a UV-visible spectrophotometer (Beckman Coulter, DU 730).

미세조류와 응집된 미세조류의 모폴러지는 광학현미경 (Leica, model DM2500)와 필드 이미션 주사전자 현미경 (FE-SEM, Magellan 400, FEI)를 이용하여 관찰하였다. 공기 중에 건조시킨 아미노클레이와 아미노클레이가 코팅된 직물은 투과전자현미경 (TEM, JEM-2100F), 에너지 분산형 엑스레이 분광학 (EDX, Bruker)이 장착된 주사전자현미경 (SEM), 비디오 마이크로스코프 (EGVM-13M)을 각각 사용하였다. 모든 사진은 아이폰 디지털 카메라로 캡처하였다. 파우더 엑스레이 디프렉션 (XRD) 패턴은 D/MAX-RB (Rigaku, 12kW)로 평가하였다. 푸리에 변환 적외선 (Fourier transform infrared: FT-IR) 분광학은 KBr 펠렛 모드로 4000 cm-1부터 400 cm-1까지 스캔하였다. 제타 포텐셜 측정은 Zetasizer Nano-ZS 입자 분석기 (Malvern)를 이용하였다. 수용액에서 실리콘 농도의 정량적인 측정은 유도결합플라즈마분광광도기 (ICP-AES, Optima 7300 DV)를 이용하였다. pH 변화는 pH/ion 미터 (D-53, Horiba)를 이용하여 모니터링하였다.
The morphology of microalgae and coagulated microalgae was observed using an optical microscope (Leica, model DM2500) and field emission scanning electron microscopy (FE-SEM, Magellan 400, FEI). The fabric coated with air-dried amino clay and amino clay was examined by transmission electron microscope (TEM, JEM-2100F), scanning electron microscope (SEM) equipped with energy dispersive x-ray spectroscopy (EDX, Bruker), video microscope -13M), respectively. All photos were captured with an iPhone digital camera. The powder X-ray diffraction (XRD) pattern was evaluated with D / MAX-RB (Rigaku, 12 kW). Fourier transform infrared (FT-IR) spectroscopy was scanned from 4000 cm -1 to 400 cm -1 in KBr pellet mode. The zeta potential was measured using a Zetasizer Nano-ZS particle analyzer (Malvern). Quantitative determination of silicon concentration in aqueous solution was performed using an inductively coupled plasma spectroscopy (ICP-AES, Optima 7300 DV). The pH change was monitored using a pH / ion meter (D-53, Horiba).

실시예Example 1: 직물에 고정된 금속  1: metal fastened to the fabric 필로실리케이트Phyllosilicate

상기한 바와 같이 면 또는 나일론에 Fg-APTES 클레이를 고정시켰다. 면 또는 나일론은 평균 포어 크기 1μm 내지 1,000μm를 갖는다.Fg-APTES clay was fixed on the cotton or nylon as described above. The surface or nylon has an average pore size of 1 μm to 1,000 μm.

도 2는 Fe-APTES 클레이가 두 번 코팅된 면의 사진을 나타낸다. 면의 크기는 가로 x 세로가 110 mm x 65 mm이며 균일하게 면에 코팅이 되었음을 보여주며 미세조류가 빠져나가지 못할 정도의 촘촘함을 보여준다. 이렇게 Fe-APTES 클레이가 코팅된 직물을 SEM-에너지 분산 X-선 분석(energy dispersive X-ray (EDX) analysis)한 결과, Fe-APTES 클레이 성분인 Fe, Si, Cl, C, O, 및 N 성분을 확인하였다. 여기서 Cl은 양성화된 -NH2 기를 안정화하기 위한 상대이온이다. C와 O는 아미노클레이와 직물 모두에서 유래할 수 있다. Fe-APTES 클레이 입자는 면의 공간에 잘 흡착되어 미세조류를 잘 수확할 수 있게끔 코팅이 되었음을 확인할 수 있었다. Figure 2 shows a photograph of a surface coated twice with an Fe-APTES clay. The size of the surface is 110 mm x 65 mm, which shows that the surface is uniformly coated and shows a compactness that the microalgae can not escape. As a result of SEM-energy dispersive X-ray analysis (EDX) analysis of Fe-APTES clay-coated fabric, Fe-APTES clay components Fe, Si, Cl, C, O, and N The ingredients were identified. Where Cl is a < RTI ID = 0.0 > Is a counter ion for stabilizing the group. C and O can originate from both amino clay and fabric. It was confirmed that the Fe-APTES clay particles were well adsorbed on the surface of the cotton, and the coating was made so that microalgae could be harvested well.

Fe-APTES 클레이가 코팅된 면은 필터로써 볼륨을 키운 (scale-up) 수직 흐름 여과를 이용하여 수행하였다. 수직 흐름 여과 시스템은 1.2L 부피의 용기의 말단에 Fe-APTES 클레이가 코팅된 면이 배치된 것으로서, 면을 통하여 액체가 투과될 수 있도록 된 것이다. 수직 흐름 여과 시스템은 1.2L 부피의 미세조류 시료를 처리할 수 있다. 수직 흐름 여과 시스템은 수평 흐름 (cross-flow) 시스템과 비교하여 훨씬 더 투과 흐름이 좋지만 빠르게 막에 바이오파울링이 생길 수 있다. 그에 따라 수직흐름 여과 시스템을 구현하려고 하며 이는 면 막에 고정화되어 있는 아미노클레이 입자가 떨어져나올 수 있는 문제점을 사전에 줄일 수 있을 것이라 생각이 된다.
The Fe-APTES clay coated surface was performed using vertical flow filtration with scale-up as a filter. The vertical flow filtration system is made up of a face coated with Fe-APTES clay at the end of a 1.2 L volume vessel, allowing liquid to permeate through the face. Vertical flow filtration systems are capable of handling 1.2 L volume of microalgae samples. Vertical flow filtration systems have a much better permeate flow compared to a cross-flow system, but can quickly biofouling the membrane. Therefore, it is thought that a vertical flow filtration system will be implemented, which can reduce the problem of releasing the amino clay particles immobilized on the surface membrane in advance.

도 3은 Fe-APTES 클레이를 코팅한 직물을 필터로 이용하여 수직 흐름 여과를 이용한 클로렐라 불가리스 수확한 결과를 나타낸 도면이다. 수직 흐름 여과 시스템은 상기한 바와 같다. 여기서 BC, BN, C1, N1, C2, N2, C3, 및 N3는 아무 처리를 하지 않은 면, 아무 처리를 하지 않은 나일론, 면 (코팅=1), 나이론 (코팅=1), 면 (코팅=2), 나일론 (코팅=2), 면 (코팅=3), 및 나일론 (코팅=3)을 각각 의미한다. 금속 필로실리케이트가 고정되지 않은 면 (BC, BN)에 비하여, 금속 필로실리케이트이 고정된 면을 사용하는 경우, 미세조류의 수확 효율이 현저하게 높았다. 특히, 면과 나이론 모두에서 아미노클레이를 2번 코팅한 경우의 수확 효율 (%)이 약 95%였다. FIG. 3 is a view showing the result of chlorella bulgaris harvest using vertical flow filtration using a fabric coated with Fe-APTES clay as a filter. FIG. The vertical flow filtration system is as described above. (Coating = 1), Nylon (Coating = 1), Cotton (Coating = 1), Nylon, 2), nylon (coating = 2), cotton (coating = 3), and nylon (coating = 3), respectively. In the case of using the metal phyllosilicate fixed surface compared to the surfaces (BC, BN) on which the metal phyllosilicate was not fixed, the harvest efficiency of the microalgae was remarkably high. In particular, the harvest efficiency (%) of the two coatings of amino clay in both cotton and nylon was about 95%.

도 4와 도 5는 각각 아미노클레이로 2번 코팅한 면과 나일론를 이용한 미세조류 수확의 수직흐름 (flux, Lm-2 hr)과 제거 효율 (%)을 나타낸다. 투과 흐름 (flux, Lm-2 h)은 점진적으로 감소하여 대략 55에 도달하였다. FIGS. 4 and 5 show the vertical flow (flux, Lm -2 hr) and removal efficiency (%) of microalgae harvest using nylon coated cotton coated with amino clay, respectively. The permeation flux (flux, Lm -2 h) gradually decreased to reach approximately 55.

도 6 및 도 7은 Fe-APTES 클레이가 2번 코팅된 면 및 나일론을 이용한 미세조류 수확 전(A)과 후(B)의 비디오 마이크로스코피 이미지를 나타낸다. 도 6 및 도 7에 나타낸 바와 같이, 조류 수확 후 바이오파울링 필름 형성이 있었다. Figs. 6 and 7 show video microscopy images of micro-algae harvesting (A) and after (B) using two coated surfaces of Fe-APTES clay and nylon. As shown in Fig. 6 and Fig. 7, there was a biofouling film formation after algae harvest.

이러한 투과흐름은 단지 진공 펌프를 이용한 외부 압력 없이 중력에 의해서만 진행한 결과이다. 따라서, 투과흐름을 향상시키고 유지하기 위해서 추가적인 진동이나 진공 모드를 사용할 수 있다. 아미노클레이를 코팅하는 매트릭스로써 면과 나일론 중에 면 직물은 기계적인 유연성 때문에 훨씬 더 적합하고 다루기 편하며 이는 다양한 기능기를 가진 면 섬유에 때문에 면 표면을 균일하게 코팅이 되도록 돕는다.
This permeate flow is the result of proceeding only by gravity without external pressure using a vacuum pump. Therefore, additional vibrations or vacuum modes can be used to enhance and maintain the permeate flow. As a matrix coating the amino clay, the cotton fabric in the cotton and nylon is much more suitable and easy to handle due to its mechanical flexibility, which helps to uniformly coat the cotton surface due to the cotton fibers with various functional groups.

본 실시예에 나타낸 바와 같이, 아미노클레이를 직물에 고정화하여 수직 흐름 여과에 적용하여 담수종과 해수종 미세조류 모두가 수확이 가능하였다. 그러므로 이 결과는 아미노클레이 기반의 미세조류 수확 시스템이 미세조류 바이오리파이너리에서의 하류 (downstream) 공정에서의 비용을 줄일 수 있는 실질적인 방법이 될 수 있다. 이렇게 직물을 이용하여 투자 비용을 낮추고 미세조류 바이오리파이너리에서의 도전적인 프로젝트의 어려움도 어느 정도 해결해 줄 수 있을 것이다.
As shown in this example, aminoclay was immobilized on fabrics and applied to vertical flow filtration, allowing both freshwater and seawater microalgae to be harvested. Therefore, this result can be a practical way to reduce the cost of downstream processing in microalgae biorefinery, with microcryogenic harvesting systems based on amino clays. The use of textiles will help to lower investment costs and solve some of the challenges of challenging projects in microalgae biofinery.

실시예Example 2: 플라스틱 막에 고정된 금속  2: metal fixed to plastic film 필로실리케이트Phyllosilicate

상기한 바와 같이 플라스틱 막 즉, PET 막과 PVDF 막에 Fe-APTES 클레이를 고정시켰다. PET 막과 PVDF 막은 평균 포어 크기 약 4μm, 및 약 0.45μm를 갖는다. 다음으로, 이들 막을 아크릴로 제작된 셀 안에 위치시키고 수평 흐름 여과 (cross-flow filtration) 장치에 연결하였다. 수평 흐름 여과 장치는 펌프를 이용하여 원수통 (feed tank) 내 조류 시료를 원형관 (직경 3/8 인치)으로 흐르게 하고 시료가 셀을 직각 방향으로 통과하면서 여과된다.As described above, the Fe-APTES clay was fixed to the plastic film, that is, the PET film and the PVDF film. The PET film and the PVDF film have an average pore size of about 4 占 퐉, and about 0.45 占 퐉. Next, these membranes were placed in a cell made of acryl and connected to a cross-flow filtration apparatus. The horizontal flow filtration device uses a pump to flow the algae sample in a feed tank to a circular tube (3/8 inch diameter) and to filter the sample as it passes perpendicularly through the cell.

도 8은 새로 제작된 PET 막 (좌측)과 수평 흐름 공정을 수행한 후 (우측)의 바이오파울링의 정도를 나타낸 PET 막의 사진이다. 도 8에서 수평 흐름 공정은 BG11 배지에서 클로렐라 불가리스 조류를 30 ℃ pH 6.5에서 7일 동안 배양한 배양액을 유속 4.2 L/min로 3 시간 동안 흘려주어 수행되었다.FIG. 8 is a photograph of a PET film showing the degree of biofouling after a newly formed PET film (left) and a horizontal flow process (right). In FIG. 8, the horizontal flow process was performed by flowing a culture solution of Chlorella vulgaris algae at 30 DEG C pH 6.5 for 7 days in BG11 medium for 3 hours at a flow rate of 4.2 L / min.

도 9는 새로 제작된 PET 막 (좌측)과 거기에 Fe-APTES 클레이로 한번 코팅한 PET 막 (우측)의 사진을 나타낸다.9 shows photographs of a newly produced PET film (left side) and a PET film (right side) coated once with a Fe-APTES clay.

도 10은 Fe-APTES 클레이로 두 번 코팅한 PET 막 (좌측)과 수평흐름 공정을 수행한 후 (우측)의 바이오파울링의 정도를 나타낸 PET 막의 사진이다. 수평 흐름 여과 공정은 도 8의 경우와 동일하게 수행하였다.FIG. 10 is a photograph of a PET film (left) coated twice with Fe-APTES clay and a PET film showing the degree of biofouling after the horizontal flow process (right). The horizontal flow filtration process was performed in the same manner as in Fig.

도 11은 Fe-APTES 클레이로 세 번 코팅한 PET 막 (좌측)과 수평흐름 공정을 수행한 후(우측)의 바이오파울링의 정도를 나타낸 PET 막의 사진이다. 수평 흐름 여과 공정은 도 8의 경우와 동일하게 수행하였다.11 is a photograph of a PET film coated three times with Fe-APTES clay (left) and a PET film showing the degree of biofouling after the horizontal flow process (right). The horizontal flow filtration process was performed in the same manner as in Fig.

도 12는 새로 제작된 PVDF 막 (좌측)과 수평 흐름 공정을 수행한 후 (우측)의 바이오파울링의 정도를 나타낸 PVDF 막의 사진이다. 수평 흐름 여과 공정은 도 8의 경우와 동일하게 수행하였다.Fig. 12 is a photograph of a PVDF membrane showing the degree of biofouling after a newly fabricated PVDF membrane (left) and a horizontal flow process (right). The horizontal flow filtration process was performed in the same manner as in Fig.

도 13은 새로 제작된 PVDF 막 (좌측)과 거기에 Fe-APTES 클레이로 한번 코팅한 PVDF 막 (우측)의 사진을 나타낸다.13 shows photographs of a newly fabricated PVDF film (left side) and a PVDF film (right side) coated once with a Fe-APTES clay.

도 14는 Fe-APTES 클레이로 두 번 코팅한 PVDF 막 (좌측)과 수평흐름 공정을 수행한 후 (우측)의 바이오파울링의 정도를 나타낸 PVDF 막의 사진이다. 수평 흐름 여과 공정은 도 8의 경우와 동일하게 수행하였다.Figure 14 is a photograph of a PVDF membrane (left) coated twice with an Fe-APTES clay and a PVDF membrane showing the degree of biofouling after the horizontal flow process (right). The horizontal flow filtration process was performed in the same manner as in Fig.

도 15는 Fe-APTES 클레이로 세 번 코팅한 PVDF 막 (좌측)과 수평흐름 공정을 수행한 후(우측)의 바이오파울링의 정도를 나타낸 PVDF 막의 사진이다. 수평 흐름 여과 공정은 도 8의 경우와 동일하게 수행하였다.
FIG. 15 is a photograph of a PVDF membrane (left) coated three times with Fe-APTES clay and a PVDF membrane showing the degree of biofouling after the horizontal flow process (right). The horizontal flow filtration process was performed in the same manner as in Fig.

도 8 내지 도 15에 나타낸 바와 같이, Fe-APTES 클레이 코팅 정도가 높을 수록 바이오파울링이 확연히 적게 일어남을 알 수 있었다. 이 경우의 클레이 코팅은 미세조류 수확에 영향을 미치는 응집의 개념보다는 바이오파울링을 막아주는 역할을 기대할 수 있었다. 수확 효율은 PET를 사용한 경우 49.9%, PET(runs=2)를 사용한 경우 99.6%, PET(runs=3)를 사용한 경우 99.9%이었다.
As shown in FIG. 8 to FIG. 15, it can be seen that the higher the degree of Fe-APTES clay coating is, the less biofouling occurs. The clay coating in this case could be expected to prevent biofouling rather than the concept of coagulation that affects microalgae harvest. The harvesting efficiency was 49.9% for PET, 99.6% for PET (runs = 2) and 99.9% for PET (runs = 3).

수평 흐름 여과 공정에서 리젝션 (rejection) 률 계산 방법은 아래 식을 따랐다. In the horizontal flow filtration process, the rejection rate calculation method is as follows.

Rej = 1- CP/CF Rej = 1- C P / C F

여기서, Rej는 리젝션, 무차원이며 분율로 표시되고, Here, Rej is rejection, dimensionless, expressed as a fraction,

CP는 여과물 (permeate) 중 농도, mole/LC P is the concentration in the permeate, mole / L

CF는 공급 물 (feed water) 중 농도, mole/L이다. Rej가 클수록 미세종류가 막을 통하여 덜 통과한다는 것을 의미한다. 수확되는 조류는 보류물 (retentate)에 위치한다.C F is the concentration in feed water, mole / L. The larger the Rej, the less the fine species pass through the membrane. The algae harvested are located in the retentate.

도 16은 코팅되지 않은 PET 막과 Fe-APTES를 두 번 및 세 번 코팅한 PET 막을 통한 수평 흐름 여과 공정에서 시간에 따른 플럭스를 나타낸 도면이다. 수평 흐름 여과 공정은 도 8의 경우와 동일하게 수행하였다. 또한, 각 공정에 대한 리젝션률은 표 1과 같다.Figure 16 is a plot of flux over time in a horizontal flow filtration process through an uncoated PET film and a PET film coated twice and three times with Fe-APTES. The horizontal flow filtration process was performed in the same manner as in Fig. The rejection rate for each process is shown in Table 1.

코팅되지 않은 PET Uncoated PET PET (runs=2)PET (runs = 2) PET (runs=3)PET (runs = 3) 리젝션률(%)Rejection rate (%) 26.726.7 69.969.9 97.397.3

3번 코팅한 경우 97.3%의 리젝션률을 보였다. 플럭스의 경우, 코팅을 두번 한 PET 막의 경우 30 정도의 플럭스 값을 보이며 3번 코팅한 경우, 15 정도의 플럭스 값을 보여주었다. 리젝션률이 좋게 하기 위해 코팅을 3번한 경우, 플럭스가 줄어드는 상관관계를 가진다.
When the coating was applied three times, the rejection rate was 97.3%. In the case of flux, the flux of the PET film with two coatings showed a flux value of about 30, and the coating with three times showed a flux value of about 15. When the coating is applied three times to improve the rejection rate, the flux has a decreasing correlation.

표 2는 코팅되지 않은 PVDF 막과 Fe-APTES를 두 번 및 세 번 코팅한 PVDF 막을 통한 수평 흐름 여과 공정에서 3시간 후 리젝션률을 나타낸 도면이다. 수평 흐름 여과 공정은 도 8의 경우와 동일하게 수행하였다. Table 2 shows the rejection rates after 3 hours in a horizontal flow filtration process through uncoated PVDF membranes and PVDF membranes coated twice and three times with Fe-APTES. The horizontal flow filtration process was performed in the same manner as in Fig.

코팅되지 않은 PVDF Uncoated PVDF PVDF (runs=2)PVDF (runs = 2) PVDF (runs=3)PVDF (runs = 3) 리젝션률(%)Rejection rate (%) 99.799.7 100100 100100

Fe-APTES 클레이를 2번 및 3번 코팅한 경우 모두 100%의 리젝션률을 보였다. 플럭스의 경우, 코팅을 2번과 3번 코팅한 경우 모두 플럭스가 50정도로 유지가 되었다. 그러므로, 코팅되지 않은 PVDF 막의 경우 시간의 경과에 따라서 플럭스가 급격하게 감소하여, 코팅을 2번과 3번 코팅한 경우 보다 현저하게 낮게 되었다. 따라서 PVDF 막의 경우 Fe-APTES 클레이로 2번 코팅한 경우가 적합하다고 볼 수 있다. 표 1과 표 2에서 리젝션률은 여과 개시 후 3 시간에서의 리젝션률이다. When the Fe-APTES clay was coated 2 times and 3 times, the rejection rate was 100%. In the case of flux, the flux was maintained at around 50 for both the 2 and 3 coatings. Therefore, in the case of the uncoated PVDF film, the flux rapidly decreased with time, and was markedly lower than when the coating was applied two times and three times. Therefore, in case of PVDF film, 2 times coating with Fe-APTES clay is suitable. In Table 1 and Table 2, the rejection rate is the rejection rate at 3 hours after the start of filtration.

Claims (20)

미세조류를 분리하는데 사용하기 위한, 아미노기를 포함하는 금속 필로실리케이트가 고정된 고체 기판으로서, 상기 아미노기를 포함하는 금속 필로실리케이트는 아미노실란 화합물과 금속 이온을 용매 중에서 인큐베이션시켜 상기 아미노기를 포함하는 금속 필로실리케이트를 침전시켜 제조되는 것인 고체 기판으로서, 상기 고정은 상기 인큐베이션과 동시에 수행되는 것인 고체 기판.A metal phyllosilicate containing an amino group is immobilized on a metal phyllosilicate containing an amino group for use in separating microalgae. The metal phyllosilicate containing the amino group is prepared by incubating an aminosilane compound and a metal ion in a solvent to form a metal filament Wherein said immobilization is performed simultaneously with said incubation. ≪ RTI ID = 0.0 > 11. < / RTI > 청구항 1에 있어서, 상기 금속은 Mg, Ca, Zn, Mn, Cu, Co, Ni, Al, Ce 및 Fe로 이루어진 군으로부터 선택된 것인 고체 기판.The solid substrate of claim 1, wherein the metal is selected from the group consisting of Mg, Ca, Zn, Mn, Cu, Co, Ni, Al, Ce and Fe. 삭제delete 청구항 1에 있어서, 상기 아미노실란 화합물은 일반식 (R1O)3SiQ1을 갖는 화합물로서, R1은 C1 내지 C10의 알킬기이고, Q1은 아미노기를 갖는 기인 것인 고체 기판.The solid substrate according to claim 1, wherein the aminosilane compound is a compound having the general formula (R 1 O) 3 SiQ 1 , wherein R 1 is a C1 to C10 alkyl group and Q 1 is a group having an amino group. 청구항 4에 있어서, 아미노기를 갖는 기는 -(R2)NH2, R2 및 R3는 각각 독립적으로 C1 내지 C10의 알킬기이고 n은 1 내지 50의 정수인 -R2NH-(R3NH)n-(R4NH)m-, -(R2)N(R5)(R6)R7 및 이들의 조합으로부터 선택되는 것이고, 식 중 R2, R3, R4, R5, R6, 및 R7은 각각 독립적으로 선택되는 것으로 R2, R3, R4, R5, 및 R6은 C1 내지 C10의 알킬기이고, R7은 C1 내지 C20의 알킬기이고, n 및 m은 0 내지 20의 정수인 것인 고체 기판. The method according to claim 4, a group having an amino group - (R 2) NH 2, R 2 and R 3 are independently a C1 to C10 alkyl group, and n is (R 3 NH) -R 2 NH- integer of 1-50 for each n - (R 4 NH) m-, - (R 2 ) N (R 5 ) (R 6 ) R 7 and combinations thereof, wherein R 2 , R 3 , R 4 , R 5 , R 6 , And R 7 are each independently selected from the group consisting of R 2 , R 3 , R 4 , R 5 , and R 6 are C 1 to C 10 alkyl groups, R 7 is a C 1 to C 20 alkyl group, Lt; RTI ID = 0.0 > 20. ≪ / RTI > 청구항 1에 있어서, 상기 아미노실란 화합물은 (3-아미노프로필)-테트라에틸 오토실리케이트(APTES), [3-(2-아미노에틸아미노)프로필]트리메톡시실란, 3-(2-(2-아미노에틸아미노)에틸아미노]프로필트리메톡시실란, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 고체 기판.[2] The aminosilane compound according to claim 1, wherein the aminosilane compound is at least one selected from the group consisting of (3-aminopropyl) -tetraethylorthosilicate (APTES), [3- Aminoethylamino) ethylamino] propyltrimethoxysilane, and combinations thereof. 청구항 1에 있어서, 상기 인큐베이션은 가교제의 존재하에서 수행하는 단계를 포함하는 것인 고체 기판.The solid substrate of claim 1, wherein the incubation comprises performing in the presence of a crosslinking agent. 청구항 1에 있어서, 상기 인큐베이션은 (3-메르캅토프로필)트리메톡시실란 (TTMS), 메틸테트라에틸 오토실리케이트 (MTES), 페닐테트라에틸 오토실리케이트 (PTES), 테트라에틸 오토실리케이트 (TEOS), 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 화합물의 존재하에서 수행하는 단계를 포함하는 것인 고체 기판.2. The method of claim 1, wherein the incubation is conducted in the presence of (3-mercaptopropyl) trimethoxysilane (TTMS), methyl tetraethyl orthosilicate (MTES), phenyl tetraethyl orthosilicate (PTES) In the presence of a compound selected from the group consisting of combinations thereof. 청구항 1에 있어서, 상기 인큐베이션은 몰 기준으로 금속 이온은 아미노실란 화합물의 실리콘보다 많이 포함된 조건에서 이루어지는 것인 고체 기판. The solid substrate according to claim 1, wherein the incubation is performed under the condition that the metal ion contains more silicon than the aminosilane compound silicon on a molar basis. 청구항 1에 있어서, 상기 용매는 메탄올, 에탄올, 디메틸포름아미드(DMF), 디메틸술폭시드(DMSO), 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 것인 고체 기판.The solid substrate of claim 1, wherein the solvent is selected from the group consisting of methanol, ethanol, dimethylformamide (DMF), dimethylsulfoxide (DMSO), and combinations thereof. 청구항 1에 있어서, 상기 미세조류는 녹조류 (green microalgae), 남조류 (bluegreen microalgae), 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 고체 기판.The solid substrate of claim 1, wherein the microalgae are selected from the group consisting of green microalgae, bluegreen microalgae, and combinations thereof. 청구항 1에 있어서, 아미노기를 포함하는 금속 필로실리케이트는 pH 4 내지 pH 10에서 양전하를 띠는 것인 고체 기판.The solid substrate according to claim 1, wherein the metal phyllosilicate containing an amino group is positively charged at a pH of from 4 to 10. 청구항 1에 있어서, 상기 고체 기판은 액체는 통과시키나 미세조류는 통과시킬 수 없는 포어 크기를 갖는 다공성 재질로 된 것인 고체 기판.The solid substrate of claim 1, wherein the solid substrate is of a porous material having a pore size that allows liquid to pass but not micro-algae. 청구항 1에 있어서, 상기 고체 기판은 막의 형태를 갖는 것인 고체 기판.The solid substrate according to claim 1, wherein the solid substrate has a film shape. 청구항 1, 2 및 4 내지 14 중 어느 하나에 따른 고체 기판에 고정된 아미노기를 포함하는 금속 필로실리케이트와 미세조류를 포함하는 시료를 접촉시켜 미세조류를 아미노기를 포함하는 금속 필로실리케이트에 결합시키는 단계;를 포함하는, 시료로부터 미세조류를 분리하는 방법. Contacting a sample comprising microalgae with a metal phyllosilicate comprising an amino group immobilized on a solid substrate according to any one of claims 1, 2 and 4 to 14 to bind the microalgae to a metal phyllosilicate comprising an amino group; And separating the microalgae from the sample. 청구항 15에 있어서, 상기 접촉은 고체 기판에 시료를 통과시키는 단계를 포함하는 것인 방법. 16. The method of claim 15, wherein the contacting comprises passing a sample through a solid substrate. 청구항 1,2 및 4 내지 14 중 어느 하나에 따른 고체 기판 및 시료로부터 미세조류를 분리하는데 사용되는 시약을 포함하는, 시료로부터 미세조류를 분리하기 위한 키트.A kit for separating microalgae from a sample, comprising a solid substrate according to any one of claims 1, 2 and 4 to 14 and a reagent used for separating microalgae from the sample. 여과 매체로서 청구항 1, 2 및 4 내지 14 중 어느 하나에 따른 고체 기판을 포함하는, 시료로부터 미세조류를 분리하기 위한 여과 장치. A filtration apparatus for separating microalgae from a sample, comprising a solid substrate according to any one of claims 1, 2 and 4 to 14 as a filtration medium. 고체 기판, 아미노실란 화합물과 금속 이온을 용매 중에서 인큐베이션시켜 아미노기를 포함하는 금속 필로실리케이트를 고체 기판 표면에 고정시키는 단계;를 포함하는, 아미노기를 포함하는 금속 필로실리케이트가 고정된 고체 기판을 제조하는 방법. A step of immobilizing a solid substrate, an aminosilane compound and a metal ion in a solvent to fix a metal phyllosilicate containing an amino group on the surface of the solid substrate; and a method for producing a solid substrate on which a metal phyllosilicate containing an amino group is immobilized . 청구항 19에 있어서, 상기 인큐베이션은 가교제의 존재하에서 수행되는 것인 방법.21. The method of claim 19, wherein the incubation is performed in the presence of a crosslinking agent.
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