KR101958938B1 - a floating marine photobioreactors - Google Patents

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KR101958938B1
KR101958938B1 KR1020170114612A KR20170114612A KR101958938B1 KR 101958938 B1 KR101958938 B1 KR 101958938B1 KR 1020170114612 A KR1020170114612 A KR 1020170114612A KR 20170114612 A KR20170114612 A KR 20170114612A KR 101958938 B1 KR101958938 B1 KR 101958938B1
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microalgae
culture
poly
culture vessel
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KR1020170114612A
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Inventor
이철균
김광민
임상민
이윤우
박한울
정인재
박재훈
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인하대학교 산학협력단
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    • C12M21/00Bioreactors or fermenters specially adapted for specific uses
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Abstract

The present invention relates to a floating marine photobioreactor which has improved productivity of microalgaes by effectively inhibiting biofouling. The floating marine photobioreactor comprises: a culture container which accommodates a microalgae culture medium, is made of a non-biodegradable polymer and includes a mesh, and in which a material of a portion thereof is sulfonated; and a buoyancy means which provides buoyance to the culture container.

Description

부유형 해양 광생물반응기{a floating marine photobioreactors}A floating marine photobioreactors

본 발명은 부유형 해양 광생물반응기에 관한 것이다. The present invention relates to subtype marine photobioreactors.

현재 인류는 화석 연료 고갈에 대비하기 위해 새로운 에너지 개발의 필요성이 대두되고 있으며, 동시에 화석 연료 사용에 기인한 심각한 환경 문제에 대한 해결책을 시급히 제시해야 하는 측면에서 다양한 바이오매스를 활용한 바이오에너지는 두 문제를 동시에 해결할 수 있는 에너지원으로 활발히 연구되고 있다(Kim, K. et al., J. Ind. Eng. Chem. 33, 326-329. 2016, Park, K. et al., Bioprocess Eng. 5, 186-190. 2000). 그 중에서도 제3세대 바이오 에너지원인 미세조류는 육상식물에 비해 높은 광합성 효율에 기인하여 이산화탄소를 효과적으로 제거할 뿐만 아니라 바이오디젤, 바이오에탄올과 같은 다양한 형태의 에너지 생산이 가능하고 식량 작물을 활용하지 않기 때문에 윤리적인 문제에 있어서도 자유롭다. 그러나 이러한 장점에도 불구하고 미세조류를 이용한 바이오에너지의 생산은 상업적 한계에 직면해있다. 미세조류를 이용하여 생산된 바이오에너지의 가격은 아직까지 석유에너지보다 높은 실정으로 미세조류 에너지 생산비용 중 배양은 전체 생산비용의 약 40-50%로 많은 비중을 차지하고 있다. 이러한 배양 생산 공정비용을 낮추기 위해 해양에서 미세조류를 배양하는 방식이 주목받고 있다. 해양을 활용한 미세조류의 배양은 1)넓은 배양면적, 2)해수의 높은 비열을 이용한 배양온도 조절, 3)해수를 통한 영양분 공급, 4)파도를 이용한 배양액 교반을 이뤄낼 수 있다는 장점이 있다(Park, H. et al., Biotechnol. J. 11, 1461-1470. 2016). 해수에 존재하는 영양분을 배양에 활용하기 위해서 미세조류 세포는 통과하지 못하지만 용존 영양염은 투과할 수 있는 선택적 투과막(e.g. 셀룰로오스 반투과막, 고분자 직물 거름막 등)을 통해 이루어질 수 있다(Kim, Z.-H. et al., J. Microbiol. Biotechnol. 26, 1098-1102. 2016). 또한, 세균, 미세조류 등이 막의 표면에 붙어 막의 공극을 막을 뿐만 아니라 해수의 투과도를 낮추는 생물오손(biofouling) 현상이 적어야하는데 이는 해수를 통한 영양공급을 막아 막의 수명을 단축시키고 미세조류 균체 생산의 효율성을 감소시키는 원인이 된다. 생물오손을 억제하기 위해 가장 널리 사용되는 방법으로 살생물제(biocide)를 미리 반투과성 막에 처리하는 방법이 있으나 이러한 방식은 미세조류의 생장 역시 억제하기 때문에 미세조류 배양에 적합한 방식이 아니다. 또한, 미세조류의 부착을 억제하기 위해서는 미세조류의 특성에 주목할 필요가 있는데 미세조류는 수중에서 소수성(hydrophobicity)을 가지며 음전하를 띄고 있어 키토산(chitosan)의 친수성(hydrophilicity)를 이용하여 생물오손 현상을 억제한 바 있고(Liu. C. X. et al., J. Memb. Sci. 346, 121-130. 2010) 미세조류가 수중에서 음전하를 띈다는 점을 이용하여 음전하를 띄는 반투과성막을 이용한 사례도 있다(Yang. C. et al., Int. J. Food Microbiol. 97, 237-245. 2005). Currently, human beings are in need of new energy development to prepare for depletion of fossil fuels. At the same time, in order to urgently address the serious environmental problems caused by the use of fossil fuels, (Kim, K. et al., J. Ind. Eng. Chem., 33, 326-329, 2016, Park, K. et al., Bioprocess Eng. , 186-190, 2000). Among them, microalgae, the third generation of bio-energy, are able to produce various types of energy such as bio-diesel and bio-ethanol as well as effectively remove carbon dioxide due to high photosynthetic efficiency compared with land plants and do not utilize food crops It is also free of ethical problems. Despite these advantages, however, production of bioenergy using microalgae faces commercial limitations. The price of bio-energy produced using microalgae is still higher than that of petroleum energy. Cultivation of microalgae energy production cost accounts for about 40-50% of total production cost. In order to lower the cost of these culture production processes, a method of culturing microalgae in the ocean is attracting attention. The culture of microalgae using the ocean is advantageous in that it can achieve 1) wide culture area, 2) control of culture temperature using high specific heat of seawater, 3) nutrient supply through sea water, and 4) Park, H. et al., Biotechnol., J. 11, 1461-1470, 2016). In order to utilize nutrients in seawater for cultivation, microalgae cells can not pass through, but dissolved nutrients can be made through selective permeable membranes (eg, cellulosic semi-permeable membranes, polymeric membranes, etc.) (Kim, Z Et al., J. Microbiol. Biotechnol., 26, 1098-1102, 2016). In addition, bacteria and microalgae attach to the surface of the membranes to close the pores of the membranes, and biofouling phenomena that lower the permeability of the seawater should be reduced. This is to prevent the nutrient supply through the seawater and shorten the life of the membranes, Thereby reducing efficiency. The most widely used method to inhibit biofouling is to treat biocides in advance with semipermeable membranes, but this approach is not suitable for microalgae cultivation because it also inhibits the growth of microalgae. In order to inhibit the attachment of microalgae, it is necessary to pay attention to the characteristics of microalgae. Microalgae have hydrophobicity in water and have a negative charge. Therefore, microalgae use hydrophilicity of chitosan, (Liu, CX et al., J. Membr. Sci., 346, 121-130, 2010) There is a case of using a semi-permeable membrane with a negative charge by taking advantage of the fact that the microalgae are negatively charged in water C. et al., Int. J. Food Microbiol., 97, 237-245, 2005).

그러나, 상기 선행기술의 경우, 음전하를 띄게 한 물질이 물에 녹아나올 가능성이 크기 때문에 장시간 사용시 효과가 떨어지는 문제가 있다. However, in the case of the above-described prior art, there is a problem that a material having a negative charge is likely to be dissolved in water, and therefore, the effect is deteriorated when it is used for a long time.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 생물오손을 효과적으로 억제하여 미세조류 생산성이 더욱 향상된 부유형 해양 광생물 반응기를 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.Disclosure of Invention Technical Problem [8] Accordingly, the present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a sub-type marine photobioreactor with improved micro-algae productivity. However, these problems are exemplary and do not limit the scope of the present invention.

본 발명의 일 관점에 따르면, 미세조류 배양액을 수용하는 공간 일부의 소재가 술폰화(sulfonation)된 선택적 투과막을 포함하는 배양용기; 및 상기 배양용기에 부력을 제공하는 부양수단을 포함하는, 부유형 해양 광생물반응기가 제공된다.According to one aspect of the present invention, there is provided a culture vessel comprising a selective permeation membrane in which a part of a space for accommodating a microalgae culture liquid is sulfonated; And floatation means for providing buoyancy to the culture vessel.

상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명의 부유형 해양 광생물 반응기를 이용하여 생물오손을 효과적인 억제를 통한 미세조류의 생산성 향상효과를 구현할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present invention as described above, the productivity of microalgae can be improved by effectively inhibiting bio-pollution by using the sub-type marine photobioreactor of the present invention. Of course, the scope of the present invention is not limited by these effects.

도 1은 하부에 PET 메쉬 소재의 거름막을 부착한 100 ml 부유형 광생물반응기의 모습을 나타낸 사진이다.
도 2는 클로로술폰산을 이용하여 술폰화된 PET를 합성하는 과정을 나타내는 개념도이다.
도 3은 본 발명의 SP-mesh 및 P-mesh에 물을 적하한 후 접촉각을 관찰한 것으로 P-mesh(a), SP-mesh(20분 반응, b), SP-mesh(40분 반응, c) 및 SP-mesh(60분 반응, d)이다.
도 4는 본 발명의 SP-mesh 및 P-mesh의 투수도를 분석한 그래프이다.
도 5는 본 발명의 SP-mesh 및 P-mesh를 적용하여 Tetraselmis sp.의 생산성을 분석한 그래프이다.
도 6은 는 본 발명의 SP-mesh 및 P-mesh의 전자주사현미경 사진으로 P-mesh 배양전(a), P-mesh 배양후(b), SP-mesh 배양전(c) 및 SP-mesh 배양후(d)이다.
1 is a photograph showing a state of a 100 ml subtype photobioreactor with a filter membrane of a PET mesh material attached to a lower portion thereof.
2 is a conceptual diagram showing a process of synthesizing sulfonated PET using chlorosulfonic acid.
3 shows SP-mesh (20 min reaction, b), SP-mesh (40 min reaction, SP-mesh) c) and SP-mesh (60 min reaction, d).
4 is a graph showing the permeability of SP-mesh and P-mesh of the present invention.
FIG. 5 is a graph showing the results of Tetraselmis sp. The productivity of the product.
FIG. 6 is a scanning electron micrograph of the SP-mesh and P-mesh of the present invention showing the results of (a) before P-mesh culture, (b) after P-mesh culture, (D) after incubation.

용어의 정의:Definition of Terms:

본 문서에서 사용되는 용어 "미세조류(microalgae)"는 바다에 서식하는 식물성 플랑크톤으로, 흔히 적조를 일으키는 코클로디니움 같은 플랑크톤 역시 미세조류에 속한다. 해양 바이오에너지 연구가 주목하는 미세조류는 특히 지질, 즉 기름 성분이 풍부한 미세조류 종(種)이다. 크기는 10μm(미크론, 1m의 100만분의 1)정도, 머리카락 굵기의 10분의 1 안팎이다.As used herein, the term "microalgae" refers to phytoplankton inhabiting the ocean, and plankton such as cochlearinism, which often causes red tides, is also a microalgae. Microalgae, which focuses on marine bioenergy research, is a species of microalgae that is rich in lipids, that is, oil. The size is about 10 microns (micron, one millionth of a meter) and about one tenth the thickness of the hair.

본 문서에서 사용되는 용어 "광합성 미생물"은 광합성을 할 수 있는 녹조류, 홍조류, 남조류를 의미하며, 예를 들어, 클로렐라, 클라디도모나스(Chlamydomonas), 해마토코커스(Haematococous), 보트리오 코커스(Botryococcus), 세네데스무스(Scenedesmus), 스피룰리나(Spirulina), 테트라셀미스(Tetraselmis), 두날리엘라(Dunaliella) 등 일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 이때 상술한 미세조류는 배양용기 내에서 카로테노이드, 균체, 파이코빌리프로테인, 지질, 탄수화물, 불포화지방산, 단백질을 생산할 수 있다.As used herein, the term "photosynthetic microorganism" refers to algae, red algae, and blue algae capable of photosynthesis, including, for example, Chlorella, Chlamydomonas , Haematococous , Botryococcus ), may be a three or four etc. death mousse (Scenedesmus), Spirulina (Spirulina), tetra-cell Miss (Tetraselmis), two flying it Ella (Dunaliella), but is not limited to such. At this time, the above microalgae can produce carotenoids, microbial cells, pycobiliproteins, lipids, carbohydrates, unsaturated fatty acids and proteins in a culture container.

본 문서에서 사용되는 용어 "생물오손(biofouling)"은 선박의 밑부분, 발전소의 열교환기, 해양 구조물 등에 미생물이 부착하여 생물막을 형성하면 이어서 다양한 생물종이 부착하여 구조물에 영향을 주는 현상을 말하며 미세조류 배양기 막의 공극을 차단하여 해수의 투과도를 감소시키는 문제가 발생한다. The term " biofouling "as used herein refers to a phenomenon in which biofilms are formed by attaching microorganisms to the bottom of a ship, a heat exchanger of a power plant, an offshore structure, etc., There arises a problem that the permeability of the seawater is reduced by blocking the pores of the algal culture membrane.

본 문서에서 사용되는 용어 "술폰화반응(sulfonation)"은 유기 화합물에 SO3H기를 도입하여 술폰산을 합성하는 반응으로 탄화수소에 진한 황산, 발연 황산 등을 작용시켜 치환반응을 한다. 보통 탄소 원자에 도입되는 경우가 많지만, 때로는 질소원자에 도입되는 일도 있다. 일반적으로는 방향족 탄화수소 또는 그 유도체 등의 방향족 화합물에 황산·발연 황산·삼산화황 또는 클로로황산(클로로술폰산) 등의 시약을 작용시켜 술폰산기로 치환하는 반응을 말한다. As used herein, the term "sulfonation" refers to a reaction for synthesizing a sulfonic acid by introducing an SO 3 H group to an organic compound. The reaction is carried out by reacting hydrocarbons with concentrated sulfuric acid and fuming sulfuric acid. It is usually introduced into carbon atoms, but sometimes it is also introduced into nitrogen atoms. Generally refers to a reaction in which a reagent such as sulfuric acid, fuming sulfuric acid, sulfur trioxide, or chlorosulfuric acid (chlorosulfonic acid) is reacted with an aromatic compound such as an aromatic hydrocarbon or a derivative thereof to replace with a sulfonic acid group.

발명의 상세한 설명:DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [

본 발명의 일 관점에 따르면, 미세조류 배양액을 수용하는 공간 일부의 소재가 술폰화(sulfonation)된 선택적 투과막을 포함하는 배양용기; 및 상기 배양용기에 부력을 제공하는 부양수단을 포함하는, 부유형 해양 광생물반응기가 제공된다.According to one aspect of the present invention, there is provided a culture vessel comprising a selective permeation membrane in which a part of a space for accommodating a microalgae culture liquid is sulfonated; And floatation means for providing buoyancy to the culture vessel.

상기 부유형 해양 광생물반응기에 있어서, 상기 배양용기는 상부가 개방될 수 있고 상기 배양용기 하부의 소재가 술폰화된 선택적 투과막을 포함할 수 있다. In the subtype marine photobioreactor, the culture container may include a selective permeable membrane in which an upper portion can be opened and a material under the culture container is sulfonated.

상기 부유형 해양 광생물반응기에 있어서, 상기 선택적 투과막은 반투과막 또는 메쉬일 수 있고 상기 선택적 투과막은 난분해성 고분자로 제조될 수 있다. In the subtype marine photobioreactor, the selective permeable membrane may be a semi-permeable membrane or a mesh, and the selective permeable membrane may be made of a degradable polymer.

상기 부유형 해양 광생물반응기에 있어서, 상기 난분해성 고분자는 테프론(teflon, polytetrafluoroethylene), 폴리올레핀(polyolefine), 폴리아마이드(polyamides), 폴리아크릴레이트(polyacrylate), 실리콘(silicon), 폴리메틸 메타아크릴레이트(poly methly methacrylate), 폴리스티렌(polystyrene), 폴리프로필렌(polypropylene), 에틸렌-비닐 아세테이트 코폴리머, 폴리에틸렌-말레 안하이드리드 코폴리머, 폴리아미드(polyamide), 폴리(비닐 클로라이드), 폴리(비닐 플로라이드), 폴리비닐 이미다졸(poly(vinyl imidazole)), 클로로술포네이트 폴리올레핀(chlorosulphonate polyolefin), 폴리에틸렌 테트라프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET), 나일론(nylon), 저밀도 폴리에틸렌(low density polyethylene, LDPE), 고밀도 폴리에틸렌(high density polyethylene, HDPE), 아크릴(acryl), 폴리에테르케톤(polyetheretherketone), 폴리이미드(polyimide), 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리우레탄(polyurethane) 또는 폴리에틸렌 옥시드(poly(ethylene oxide))일 수 있고 상기 부양수단은 폰툰(pontoon), 플라스틱 통, 스티로폼, 부표, 파이프 또는 나무조각일 수 있다. In the sub-type marine photobioreactor, the refractory polymer may be selected from the group consisting of teflon, polytetrafluoroethylene, polyolefine, polyamides, polyacrylate, silicon, polymethylmethacrylate but are not limited to, poly methly methacrylate, polystyrene, polypropylene, ethylene-vinyl acetate copolymers, polyethylene-maleic anhydride copolymers, polyamides, poly (vinyl chloride) ), Poly (vinyl imidazole), chlorosulphonate polyolefin, polyethylene terephthalate (PET), nylon, low density polyethylene (LDPE), high density polyethylene high density polyethylene (HDPE), acryl, polyetheretherketone, polyimide de, polycarbonate, polyurethane or poly (ethylene oxide), and the said means of support can be pontoon, plastic canister, styrofoam, buoy, pipe or wood carvings. have.

본 발명자들은 생물오손(biofouling) 현상을 방지하기 위하여 술폰화된 PET가 수중에서 친수성을 띄는 동시에 음전하를 가지므로 미세조류 표면전하와의 반발력으로 생물오손 현상이 억제될 것이라 생각하였다. 따라서 술폰화 합성 전후의 무게를 비교하여 degree of sulfonation(DS)를 계산하였고, 접촉각(contact angle) 분석법을 이용하여 막의 친수성을 비교하였고 거름막(polymer woven mesh)을 선택적 투과막을 채택하여 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET)로 제작된 막에 술폰화(sulfonation) 반응을 통해 ­SO3H기를 부착시켜 상기 술폰화를 유도하였다. In order to prevent biofouling phenomenon, the inventors of the present invention thought that sulfonated PET is hydrophilic in water and has a negative charge, so that the biofouling phenomenon will be suppressed by the repulsive force with the surface charge of microalgae. Therefore, the degree of sulfonation (DS) was calculated by comparing the weight before and after the sulfonation synthesis, and the hydrophilicity of the membrane was compared using the contact angle method. A polymer woven mesh was used as a selective permeable membrane and polyethylene terephthalate (sulfonated) film of polyethylene terephthalate (PET) to induce sulfonation by attaching SO 3 H groups.

최종적으로 술폰화된 막을 이용하여 100 mL 규모의 prototype 광생물반응기를 제작하고, 초기농도를 0.2 g/L로 고정하여 생물반응이 억제되었을 때 미세조류가 배양되는 정도를 기존의 PET 광생물반응기와 비교하였다. 또한 배양이 끝난 후 전자주사현미경(scanning electron microscope, SEM) 분석을 통해 반투과성막의 생물오손 억제도를 비교하여 생물오손을 효과적으로 억제됨에 따라 미세조류의 생산성이 향상된 부유형 해양 광생물반응기를 개발하였다. Finally, a prototype photobioreactor with a 100-mL scale was fabricated using a sulfonated membrane and the initial concentration was fixed at 0.2 g / L. When the bioreactor was inhibited, the degree of microalgae cultivation was measured using a conventional PET photobioreactor Respectively. After the incubation, a scanning electron microscope (SEM) analysis was conducted to compare the inhibition of bio - contamination of the semi - permeable membrane to effectively inhibit biofouling, thereby developing a sub - type marine bioreactor with improved microalgae productivity.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 여러 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려 이들 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이다.The embodiments of the present invention are described in order to more fully explain the present invention to those skilled in the art, and the following embodiments may be modified into various other forms, It is not limited to the embodiment. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be more thorough and complete, and will fully convey the concept of the invention to those skilled in the art. In the drawings, the thickness and size of each layer are exaggerated for convenience and clarity of explanation.

명세서 전체에 걸쳐서, 막, 영역 또는 기판과 같은 하나의 구성요소가 다른 구성요소 "상에", "연결되어", "적층되어" 또는 "커플링되어" 위치한다고 언급할 때는, 상기 하나의 구성요소가 직접적으로 다른 구성요소 "상에", "연결되어", "적층되어" 또는 "커플링되어" 접촉하거나, 그 사이에 개재되는 또 다른 구성요소들이 존재할 수 있다고 해석될 수 있다. 반면에, 하나의 구성요소가 다른 구성요소 "직접적으로 상에", "직접 연결되어", 또는 "직접 커플링되어" 위치한다고 언급할 때는, 그 사이에 개재되는 다른 구성요소들이 존재하지 않는다고 해석된다. 균일한 부호는 균일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.It is to be understood that throughout the specification, when an element such as a film, region or substrate is referred to as being "on", "connected to", "laminated" or "coupled to" another element, It will be appreciated that elements may be directly "on", "connected", "laminated" or "coupled" to another element, or there may be other elements intervening therebetween. On the other hand, when one element is referred to as being "directly on", "directly connected", or "directly coupled" to another element, it is interpreted that there are no other components intervening therebetween do. A uniform code refers to a uniform element. As used herein, the term "and / or" includes any and all combinations of one or more of the listed items.

본 명세서에서 제 1, 제 2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제 1 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제 2 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.Although the terms first, second, etc. are used herein to describe various elements, components, regions, layers and / or portions, these members, components, regions, layers and / It is obvious that no. These terms are only used to distinguish one member, component, region, layer or section from another region, layer or section. Thus, a first member, component, region, layer or section described below may refer to a second member, component, region, layer or section without departing from the teachings of the present invention.

또한, "상의" 또는 "위의" 및 "하의" 또는 "아래의"와 같은 상대적인 용어들은 도면들에서 도해되는 것처럼 다른 요소들에 대한 어떤 요소들의 관계를 기술하기 위해 여기에서 사용될 수 있다. 상대적 용어들은 도면들에서 묘사되는 방향에 무게추가하여 소자의 다른 방향들을 포함하는 것을 의도한다고 이해될 수 있다. 예를 들어, 도면들에서 소자가 뒤집어 진다면(turned over), 다른 요소들의 상부의 면 상에 존재하는 것으로 묘사되는 요소들은 상기 다른 요소들의 하부의 면 상에 방향을 가지게 된다. 그러므로, 예로써 든 "상의"라는 용어는, 도면의 특정한 방향에 의존하여 "하의" 및 "상의" 방향 모두를 포함할 수 있다. 소자가 다른 방향으로 향한다면(다른 방향에 대하여 90도 회전), 본 명세서에 사용되는 상대적인 설명들은 이에 따라 해석될 수 있다.Also, relative terms such as "top" or "above" and "under" or "below" can be used herein to describe the relationship of certain elements to other elements as illustrated in the Figures. Relative terms are intended to include different orientations of the device by adding weight to the orientation depicted in the Figures. For example, in the figures the elements are turned over so that the elements depicted as being on the top surface of the other elements are oriented on the bottom surface of the other elements. Thus, the example "top" may include both "under" and "top" directions depending on the particular orientation of the figure. If the elements are oriented in different directions (rotated 90 degrees with respect to the other direction), the relative descriptions used herein can be interpreted accordingly.

본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. As used herein, the singular forms "a," "an," and "the" include singular forms unless the context clearly dictates otherwise. Also, " comprise "and / or" comprising "when used herein should be interpreted as specifying the presence of stated shapes, numbers, steps, operations, elements, elements, and / And does not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, operations, elements, elements, and / or groups.

이하, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차(tolerance)에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명 사상의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings schematically showing ideal embodiments of the present invention. In the figures, for example, variations in the shape shown may be expected, depending on manufacturing techniques and / or tolerances. Accordingly, the embodiments of the present invention should not be construed as limited to the particular shapes of the regions shown herein, but should include, for example, changes in shape resulting from manufacturing.

실시예 1: 사용균주 및 균주 유지Example 1: Use of strain and strain

본 발명자들은 대한민국, 영흥도 연안에서 분리한 Tetraselmis sp. KCTC12429BP를 인공해수를 이용하여 배양하였다. 상기 실험에 사용된 배지는 인공해수에 수정된 f/2-Si 배지를 첨가하여 사용하였고 인공해수는 증류수에 30 g/L NaCl , 0.66 g/L KCl, 8.48 g/L MgCl2­6H2O, 1.9 g/L CaCl2­2H2O, 6.318 g/L MgSO4­7H2O, 0.18 g/L NaHCO3를 첨가하여 제조하였다. 그 후, 수정된 f/2-Si 배지는 증류수에 225 mg/L NaNO3, 5 mg/L NaH2PO4·H2O, 3.15 g/L FeCl3·6H2O, 4.36 g/L Na2EDTA·2H2O, 180 mg/L MnCl2·4H2O, 22 mg/L ZnSO4·7H2O, 10 mg/L CoCl2·6H2O, 9.8 mg/L CuSO4·5H2O, 6.3 mg/L Na2MoO4·2H2O, 0.225 g/L NaNO3, 0.015 g/L NaH2PO4를 첨가하여 제조하였다. 본 배양을 위한 종균은 2L 부피의 버블 컬럼 광생물반응기(bubble column photobioreactor)를 이용하여 광도 100 μE/m2/s, 온도 20℃, 2% CO2 0.1 vvm 폭기의 조건에서 유지되었다. The present inventors have found that Tetraselmis sp. KCTC12429BP was cultured using artificial seawater. The culture medium was used by adding to the f / 2-Si medium modified in artificial seawater artificial sea water is 30 g / L NaCl in distilled water, 0.66 g / L KCl, 8.48 g / L MgCl 2 6H 2 O used in the tests, 1.9 g / L CaCl 2 2H 2 O, 6.318 g / L MgSO 4 7H 2 O, and 0.18 g / L NaHCO 3 . Then, the modified f / 2-Si medium was added to the distilled water at a concentration of 225 mg / L NaNO 3 , 5 mg / L NaH 2 PO 4 .H 2 O, 3.15 g / L FeCl 3 .6H 2 O, 4.36 g / 2 EDTA · 2H2O, 180 mg / L MnCl 2 · 4H 2 O, 22 mg / L ZnSO 4 · 7H 2 O, 10 mg / L CoCl 2 · 6H 2 O, 9.8 mg / L CuSO 4 · 5H 2 O, 6.3 mg / L Na 2 MoO 4 .2H 2 O, 0.225 g / L NaNO 3 , and 0.015 g / L NaH 2 PO 4 . The seeds for this culture were maintained in a 2 L volume bubble column photobioreactor under the condition of a luminous intensity of 100 μE / m 2 / s, a temperature of 20 ° C., 2% CO 2, 0.1 vvm aeration.

실시예 2: 부유형 광생물반응기 제작 및 운전 Example 2: Fabrication and operation of a subtype photobioreactor

본 발명자들은 반응기의 하부에 거름막을 변수로 두어 생물오손 현상의 억제에 따른 Tetraselmis sp. 배양의 차이를 확인하고자 부유형 광생물반응기를 제작하였다. The inventors of the present invention have found that when Tetraselmis sp. To confirm the difference in culture, a subtype photobioreactor was fabricated.

구체적으로, 부유형 광생물반응기는 두께가 2 mm인 고밀도 폴리프로필렌(high-density polypropylene)으로 제작하였다. 먼저, 가로와 세로의 길이는 각각 9 cm와 7 cm 및 높이는 5 cm로 액체의 수용이 가능한 최대 부피는 300 mL로 제작하였다. 또한 육면체형 광생물반응기의 상부와 하부는 개방되어 있어, 반응기의 하부에 거름막(0.0063 m2)을 부착하여 인공해수의 투과가 이루어지게 하였고 상부는 빛을 받을 수 있도록 하였으며 부력을 제공하기 위해 양 옆에 50-mL 튜브을 부착하였다. 그 후, 최대 10 L의 액체를 수용가능한 가로와 세로의 길이가 각각 30 cm, 21 cm이며 높이가 15 cm인 직사각형의 수조에 상기 수정된 f/2-Si를 이용하여 2 L의 배지를 담았으며 상기 제작한 부유형 광생물반응기를 부유시킨 후 자기 교반기(magnetic stirrer)를 이용하여 450 rpm으로 교반하였다. 이때 초기 세포농도는 0.2 g/L (dry cell weight, DCW)로 광도 55 ± 5 μE/m2/s, 온도는 23℃ 조건에서 유지되었다(도 1).Specifically, the subtype photobioreactor was made of high-density polypropylene with a thickness of 2 mm. First, the horizontal and vertical lengths were 9 cm and 7 cm, respectively, and the height was 5 cm. The maximum volume of the liquid was 300 mL. In addition, the top and bottom of the hexahedral biochemical reactor were open, and a filtration membrane (0.0063 m 2 ) was attached to the bottom of the reactor to allow permeation of artificial seawater. A 50-mL tube was attached on both sides. Thereafter, 2 L of the medium was put into a rectangular water tank having a length of 30 cm and a length of 21 cm and a height of 15 cm, which can accommodate a maximum of 10 L of liquid, using the modified f / 2-Si The prepared subtype photobioreactor was allowed to float and stirred at 450 rpm using a magnetic stirrer. At this time, the initial cell concentration was maintained at a temperature of 23 ° C with a light intensity of 55 ± 5 μE / m 2 / s at 0.2 g / L (dry cell weight, DCW) (FIG.

실시예 3: 반투과성막 및 술폰화 반응 Example 3: Semi-permeable membrane and sulfonation reaction

본 발명에 사용된 선택적 투과막은 PET 재질의 거름막(P-mesh)과 이를 술폰화시킨 거름막(SP-mesh)으로 술폰화 반응은 하기와 같은 방법으로 수행하였다. The selective permeable membrane used in the present invention was a sulfonation reaction of a PET membrane (P-mesh) and a sulphonated sulfonated membrane (SP-mesh) by the following method.

먼저 용매로 다이클로로메탄(Dichloromethane, CH2Cl2)을 사용하여 0.05 M의 클로로술폰산(Chlrosulfonic acid, ClSO3H) 용액을 준비하였고 P-mesh를 상기 0.05 M의 클로로술폰산 용액에 넣고 25℃에서 20, 40 및 60 분간 반응시킨 후 합성된 SP-mesh의 잔유 클로로술폰산을 제거해주기 위해 증류수에 반복적으로 세척하였으며, 세척수의 pH의 변화가 없을 때까지 진행한 뒤 상온에서 데시케이터(desiccator)를 이용하여 건조하였다(도 2). 이때 반응 전 P-mesh의 무게(Wo)와 반응후의 SP-mesh의 무게(Wr)를 측정하여 degree of sulfonation (DS) 값을 하기 공식(1)을 이용하여 계산하였다.First, 0.05 M of chlorosulfonic acid (ClSO 3 H) solution was prepared using dichloromethane (CH 2 Cl 2 ) as a solvent. P-mesh was added to the above 0.05 M chlorosulfonic acid solution, After 20, 40, and 60 minutes of reaction, washed with distilled water repeatedly to remove the residual chlorosulfonic acid of the synthesized SP-mesh. After proceeding until there was no change in the pH of the washing water, a desiccator (Fig. 2). The degree of sulfonation (DS) was calculated using the following formula (1) by measuring the weight (Wo) of the P-mesh before the reaction and the weight (Wr) of the SP-mesh after the reaction.

Figure 112017087106879-pat00001
Figure 112017087106879-pat00001

그 결과, 하기 표 1에 나타난 바와 같이, 20분간 반응을 진행한 SP-mesh은 반응 전에 5.40 g이었으나 반응 후에 5.44 g으로 증가하였으며 40분간 반응을 진행한 SP-mesh는 5.23 g에서 5.29 g으로, 60분간 반응을 진행한 SP-mesh은 6.10 g에서 6.19 g으로 증가하였다. 이는 술폰화 반응에서 -SO3H가 PET의 벤젠고리에 부착하였기 때문에 증가한 것으로 DS 값이 0.82%, 1.23%, 1.52%로 증가한 것으로 보아 합성시간이 늘어남에 따라 더욱 많은 -SO3H가 부착한 것으로 사료된다. 술폰화 시간에 따른 반응 전 후의 거름막의 무게와 이를 이용해 계산한 DS 값을 하기 표 1에 나타내었다. As a result, as shown in the following Table 1, the SP-mesh which was reacted for 20 minutes was 5.40 g before the reaction but increased to 5.44 g after the reaction. The SP-mesh which reacted for 40 minutes was changed from 5.23 g to 5.29 g, The SP-mesh reacted for 60 minutes increased from 6.10 g to 6.19 g. The DS value increased to 0.82%, 1.23% and 1.52% due to the attachment of -SO 3 H to the benzene ring of PET in the sulfonation reaction. As the synthesis time increases, more -SO 3 H adheres . The weight of the filter membrane before and after the reaction according to the sulfonation time and the DS value calculated using the weight of the filter membrane are shown in Table 1 below.

반응시간(분)Reaction time (min) 반응 전 무게Weight before reaction
(( WW oo , g), g)
반응 후 무게 Weight after reaction
(( WW rr , g), g)
DS (%)DS (%)
2020 5.405.40 5.445.44 0.820.82 4040 5.235.23 5.295.29 1.231.23 6060 6.106.10 6.196.19 1.521.52

실시예 4: 접촉각 (contact angle) 측정 Example 4: Measurement of contact angle

접촉각은 contact angle meter apparatus(DGD Fast/60, GBX technologies, Romans-sur-Isㅸre, France)를 이용하여 정밀하게 측정하였고 P-mesh과 SP-mesh에 물 100 μL를 떨어뜨려 기상과의 접촉각을 측정하는 drop casting 방식을 통해 측정하였다. 이는 반응전의 P-mesh에 물방울을 떨어뜨렸을 때의 모습과, 합성을 진행한 SP-mesh에 물방울을 떨어뜨렸을 때의 모습을 비교하여 측정할 수 있는데 거름막과 물방울, 기상이 이루는 접촉각이 감소하면 SP-mesh이 P-mesh보다 친수성을 가지는 것을 의미한다(도 3). The contact angle was precisely measured using a contact angle meter apparatus (DGD Fast / 60, GBX Technologies, Romans-sur-Isère, France), and 100 μL of water was dropped on the P-mesh and SP- Were measured by drop casting method. This can be measured by comparing the state of dropping the water droplet on the P-mesh before the reaction and the state of dropping the drop on the synthesized SP-mesh. When the contact angle between the filter, water droplet and gas phase decreases Meaning that the SP-mesh is more hydrophilic than the P-mesh (Fig. 3).

그 결과, 하기 표 2에 나타난 바와 같이, 술폰화 시간을 20분, 40분, 60분으로 증가시킬수록 75.5˚에서 64.6˚, 53.4˚, 44.5˚까지 감소하는 것으로 나타났다(도 3). 이는 합성도가 높아질수록 거름막의 친수성이 높아지는 것을 의미하는 것으로 접촉각의 감소는 표면에서에 SO3H기가 부착되었기 때문이다. 술폰화 시간에 따른 접촉각을 하기 표 2에 나타내었다.As a result, as shown in Table 2 below, as the sulfonation time was increased to 20 minutes, 40 minutes, and 60 minutes, it decreased from 75.5 degrees to 64.6 degrees, 53.4 degrees, and 44.5 degrees (Fig. 3). This means that the higher the degree of synthesis, the higher the hydrophilicity of the filter membrane. The reduction of the contact angle is due to the attachment of SO 3 H groups on the surface. The contact angles with the sulfonation time are shown in Table 2 below.

Time (분)Time (minutes) 00 2020 4040 6060 접촉 각 (o)Contact angle ( o ) 75.5 ± 2.075.5 ± 2.0 64.6 ± 2.664.6 ± 2.6 53.4 ± 2.953.4 ± 2.9 44.5 ± 3.244.5 ± 3.2

실시예 5: 물 투과도(water permeability) 측정Example 5 Measurement of Water Permeability

물의 투과도는 거름막의 특성을 평가하는 중요한 지표로 부유형 광생물반응기에서 Tetraselmis sp.를 배양할 때 거름막을 통해 물에 녹은 영양염류를 제공받기 때문에 투과되는 물의 투과도가 높을수록 Tetraselmis sp.의 배양효율이 높아진다. 이에 따라 P-mesh(0.0063 m2)와 20분, 40분 및 60분의 술폰화 반응시간을 거친 SP-mesh의 거름막을 이용하여 투과되는 물의 투과도를 측정하기 위해 반투과성 막(SP-mesh)을 부착한 부유형 반투과성반응기에 0.13 g/L (DCW)의 Tetraselmis sp. 농도를 갖는 배양액 100 mL를 부어주고 30초마다 투과되는 물의 양을 측정한 뒤 하기 공식(2)을 이용하여 물 투과도를 계산하였다. Water permeability is an important index for evaluating the properties of filter membranes . Tetraselmis sp. , The nutrients dissolved in water are supplied through the filter membrane. Therefore, the higher the permeability of the permeated water, the higher the permeability of Tetraselmis sp. The culture efficiency of the culture medium is enhanced. Thus, SP-mesh (SP-mesh) was used to measure the permeability of permeated water using a SP-mesh filter membrane with P-mesh (0.0063 m 2 ) and 20, 40, To the attached negative-type semi-permeable reactor was added 0.13 g / L (DCW) of Tetraselmis sp. , The amount of water permeated every 30 seconds was measured, and water permeability was calculated using the following formula (2).

Figure 112017087106879-pat00002
Figure 112017087106879-pat00002

이때 Paw는 평균 물 투과도 (average water permeability, AWP) 이며 Vw는 반투과성막을 통해 투과한 물의 부피(mL)이다. 또한 t는 물이 투과하는데 걸린 시간 (sec)이며 A는 반투과성 막의 면적(m2)이다. Where Paw is the average water permeability (AWP) and Vw is the volume (mL) of water permeated through the semipermeable membrane. T is the time (sec) taken for water to permeate and A is the area of the semi-permeable membrane (m 2 ).

그 결과, 초기(< 150 sec)에는 물의 투과도가 높고 시간이 지남 (> 150 sec)에 따라 물의 투과도가 점차 감소하는 것으로 나타났다(도 4). 이는 시간이 지남에 따라 거름막의 공극이 Tetraselmis sp.에 의해 차단되었기 때문으로 P-mesh은 600 초동안 약 20 mL의 물이 투과되었고 SP-mesh는 29 mL(20분), 34 mL(40분), 40 mL(60분)의 물이 투과되었다. 이에 대한 평균 물 투과도(AWP)를 계산한 결과, P-mesh는 5.42 mL/m2/s 의 값을 보였으며 SP-mesh는 7.67 mL/m2/s (20분), 8.99 mL/m2/s (40분), 10.58 mL/m2/s(60분)의 값을 나타내었다. 이때 SP-mesh은 P-mesh에 비해서 빠른 물 투과도를 보이는 이유는 첫째, 술폰화 반응을 통해 소수성이 감소하고 친수성이 증가하여 친수성을 가지는 물이 상대적으로 투과하기 용이함 때문이고 두 번째로는 SP-mesh에 부착된 술폰기(-SO3H)가 수중에서 음전하를 띄기 때문에 수중에서 음전하를 띄는 Tetraselmis sp.를 정전기적 반발력으로 밀어내 생물오손을 상대적으로 억제한 것으로 사료된다. 상기 P-mesh 및 SP-mesh의 평균 물 투과도를 하기 표 3에 나타내었다. As a result, the permeability of water gradually increased over time (&gt; 150 sec) in the initial (&lt; 150 sec) and gradually decreased in water (Fig. 4). This is due to the fact that the pore size of the filter membrane over time has decreased by Tetraselmis sp. (20 minutes), 34 mL (40 minutes), and 40 mL (60 minutes) of water was passed through the SP-mesh for 600 seconds. . Thus for a result of calculating the average water permeability (AWP), P-mesh is 5.42 mL / m showed a value of 2 / s SP-mesh is 7.67 mL / m 2 / s ( 20 bun), 8.99 mL / m 2 / s (40 min) and 10.58 mL / m 2 / s (60 min). In this case, SP-mesh shows faster water permeability than P-mesh because firstly hydrophobicity decreases and hydrophilicity increases and hydrophilic water is relatively easy to permeate. Secondly, SP- Since the sulfone group (-SO 3 H) attached to the mesh is negatively charged in water, Tetraselmis sp. , Which is caused by electrostatic repulsion, is relatively suppressed. The average water permeability of the P-mesh and SP-mesh is shown in Table 3 below.

P-meshP-mesh SP-mesh(20분)SP-mesh (20 min) SP-mesh(40분)SP-mesh (40 min) SP-mesh(60분)SP-mesh (60 min) 평균 물 투과도
(mL/m2/s )
Average water permeability
(mL / m 2 / s)
5.425.42 7.677.67 8.998.99 10.5810.58

실시예 6: 세포 농도 측정 Example 6: Measurement of cell concentration

본 발명의 SP-mesh가 P-mesh에 비해서 세포배양에 있어서 어떤 효과를 보이는지를 확인하기 위해 0.0063 m2의 P-mesh과 60분의 술폰화 반응시간을 거친 SP-mesh의 거름막을 이용하여 프로토타입(prototype)의 배양기를 만들어 시간에 따라 Tetraselmis sp. 배양을 총3회에 걸쳐 진행하였고 배양기 내의 세포 농도를 측정하였다. 또한, 세포수, 세포크기, fresh cell weight (FCW)는 Coulter counter (Multisizer 4, Beckman Coulter, Inc., Fullerton, CA, USA)를 이용하여 정밀하게 측정하였다.To determine the effect of SP-mesh according to the present invention on cell culture as compared to P-mesh, a SP-mesh filter membrane having a P-mesh of 0.0063 m 2 and a sulfonation reaction time of 60 minutes Tetraselmis sp. Incubated with a prototype incubator . The culture was carried out three times in total and the cell concentration in the incubator was measured. Cell number, cell size, and fresh cell weight (FCW) were measured precisely using a Coulter counter (Multisizer 4, Beckman Coulter, Inc., Fullerton, CA, USA).

그 결과, 초기 배양농도는 0.2 g/L(DCW)로 동일하게 접종하였으나 시간이 지남에 따라 SP-mesh을 거름막을 사용한 반응기의 세포 농도가 높아지는 것을 확인하였다(도 5). 6 일간 배양 후 최종 세포 농도는 P-mesh와 SP-mesh로부터 각각 0.95, 1.27 g/L를 획득하였다. 상기 결과는 P-mesh을 사용했을 때보다 SP-mesh을 사용했을 때 Tetraselmis sp.가 34 ± 5.5% 성장성이 높은 것으로 나타났다. 이러한 효과가 나타나는 이유는 -SO3H가 부착되어 생긴 친수성을 통해 물 투과도가 높아졌고 상기 -SO3H가 수중에서 정전기적 반발력을 나타내 생물오손 현상이 억제되어 지속적으로 영양분이 공급되었기 때문인 것으로 사료된다. As a result, the initial culture concentration was 0.2 g / L (DCW), but the cell concentration of the SP-mesh membrane was increased over time (FIG. 5). After 6 days of culture, the final cell concentration was obtained from P-mesh and SP-mesh at 0.95 and 1.27 g / L, respectively. The above results show that when SP-mesh is used than P-mesh, Tetraselmis sp. And 34 ± 5.5%, respectively. The reason for this effect is that the water permeability was increased by the hydrophilic property generated by the attachment of -SO 3 H and the -SO 3 H exhibited the electrostatic repulsive force in the water to suppress the biodegradation phenomenon, do.

실시예 7: 전자주사현미경(SEM) 측정 Example 7: Electron Scanning Microscope (SEM) Measurement

생물오손 억제 현상을 확인하기 위해 배양 전과 후에 사용된 P-mesh과 SP-mesh(반응시간: 60 분, DS: 1.52%)의 표면 모습을 전자주사현미경(JSM-6010LA, JEOL Ltd., Tokyo, Japan)을 통해 관찰하였고 배양 후에 사용된 거름막은 물을 잘 닦아낸 후 오븐에서 이틀간 건조 후 측정하였다. The surface morphology of P-mesh and SP-mesh (reaction time: 60 min, DS: 1.52%) used before and after culturing was examined by electron microscopy (JSM-6010LA, JEOL Ltd., Tokyo, Japan), and the filter membrane used after culturing was measured after drying for two days in an oven after thoroughly wiping off the water.

그 결과, 배양 전과 후를 비교했을 때 SP-mesh은 P-mesh와 비교하여 생물오손 현상이 크게 감소한 것을 확인하였다(도 6). 이러한 현상은 -SO3H기가 붙어있는 SP-mesh는 Tetraselmis sp.와 마찬가지로 음전하를 띄고 있어 정전기적 반발력이 일어났기 때문에 생물오손이 감소한 것으로 사료된다. As a result, when compared with before and after culturing, it was confirmed that the SP-mesh greatly reduced the bio-contamination phenomenon as compared with the P-mesh (Fig. 6). This phenomenon suggests that the SP-mesh with -SO 3 H group is negatively charged like Tetraselmis sp.

결론적으로 본 발명의 선택적 투과막에 술폰화 반응을 적용한 부유형 해양 광생물반응기는 생물오손을 효과적으로 억제하고 이에 따라 향상된 미세조류 생산성을 나타내므로 미세조류 배양기를 비롯한 반투과성 막이 사용되는 다양한 분야(삼투압, 역삼투압)에 활용가능하다. As a result, the sub-type marine photobioreactor using the sulfonated reaction membrane of the present invention effectively inhibits bio-contamination and thus exhibits improved microalgae productivity. Therefore, various fields (osmotic pressure, Reverse osmosis).

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다. While the present invention has been described with reference to exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the invention. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims.

Claims (7)

미세조류 배양액을 수용하는 공간 일부의 소재가 술폰화(sulfonation)된 난분해성 고분자로 제조되는 메쉬를 포함하는 배양용기; 및
상기 배양용기에 부력을 제공하는 부양수단을 포함하는, 부유형 해양 광생물반응기.
A culture vessel containing a mesh made of a poorly decomposable polymer in which a part of the space accommodating the microalgae culture liquid is sulfonated; And
And floatation means for providing buoyancy to the culture vessel.
제1항에 있어서,
상기 배양용기는 상부가 개방된, 부유형 해양 광생물반응기.
The method according to claim 1,
The culture vessel is open at the top.
제1항에 있어서,
상기 배양용기 하부의 소재가 술폰화된 선택적 투과막을 포함하는, 부유형 해양 광생물반응기.
The method according to claim 1,
Wherein the material under the culture vessel comprises a sulfonated selective permeable membrane.
삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 난분해성 고분자는 테프론(teflon, polytetrafluoroethylene), 폴리올레핀(polyolefine), 폴리아마이드(polyamides), 폴리아크릴레이트(polyacrylate), 실리콘(silicon), 폴리메틸 메타아크릴레이트(poly methly methacrylate), 폴리스티렌(polystyrene), 폴리프로필렌(polypropylene), 에틸렌-비닐 아세테이트 코폴리머, 폴리에틸렌-말레 안하이드리드 코폴리머, 폴리아미드(polyamide), 폴리(비닐 클로라이드), 폴리(비닐 플로라이드), 폴리비닐 이미다졸(poly(vinyl imidazole)), 클로로술포네이트 폴리올레핀(chlorosulphonate polyolefin), 폴리에틸렌 테트라프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET), 나일론(nylon), 저밀도 폴리에틸렌(low density polyethylene, LDPE), 고밀도 폴리에틸렌(high density polyethylene, HDPE), 아크릴(acryl), 폴리에테르케톤(polyetheretherketone), 폴리이미드(polyimide), 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리우레탄(polyurethane) 또는 폴리에틸렌 옥시드(poly(ethylene oxide))인, 부유형 해양 광생물반응기.
The method according to claim 1,
The refractory polymer may be selected from the group consisting of teflon, polytetrafluoroethylene, polyolefine, polyamides, polyacrylate, silicon, poly methly methacrylate, polystyrene, Polypropylene, ethylene-vinyl acetate copolymers, polyethylene-maleic anhydride copolymers, polyamides, poly (vinyl chloride), poly (vinyl fluoride), polyvinyl imidazole imidazole), chlorosulphonate polyolefin, polyethylene terephthalate (PET), nylon, low density polyethylene (LDPE), high density polyethylene (HDPE), acryl acryl, polyetheretherketone, polyimide, polycarbonate, polyurea, (Polyurethane) or the polyethylene oxide, the sub type marine photobioreactor oxide (poly (ethylene oxide)).
제1항에 있어서,
상기 부양수단은 폰툰(pontoon), 플라스틱 통, 스티로폼, 부표, 파이프 또는 나무조각인, 부유형 해양 광생물반응기.

The method according to claim 1,
Wherein said support means is a pontoon, a plastic can, a styrofoam, a buoy, a pipe or a piece of wood.

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160124614A (en) * 2015-04-20 2016-10-28 인하대학교 산학협력단 A photobioreactor for mass production of microalgae

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Journal of Applied Polymer Science., Vol. 92, pp. 1709-1715 (2004)* *

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