KR20150083630A

KR20150083630A - 아미노클레이-부식산 응집제를 이용한 유지성 미세조류 수확방법

Info

Publication number: KR20150083630A
Application number: KR1020140003404A
Authority: KR
Inventors: 허윤석; 이영철
Original assignee: 인하대학교 산학협력단
Priority date: 2014-01-10
Filing date: 2014-01-10
Publication date: 2015-07-20
Also published as: KR101567474B1

Abstract

본 발명은 아미노클레이-부식산 응집제를 이용한 유지성 미세조류 수확방법으로써, 양이온 아미노클레이가 부식산을 응집시키고 응집된 부식산이 유지성 미세조류를 침전시켜 유지성 미세조류를 수확하는 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 아미노클레이-부식산 응집제를 이용한 유지성 미세조류 수확방법은 반응속도가 매우 빠르며 대용량의 미세조류 배양액에 쉽게 적용할 수 있어 유지성 미세조류 수확에 유용하게 사용될 수 있으며, 수확된 유지성 미세조류를 이용하여 경제성 있는 오일 및 바이오디젤의 생산이 가능하다.

Description

아미노클레이-부식산 응집제를 이용한 유지성 미세조류 수확방법{Harvesting oleaginous microorganisms using aminoclay-induced humic acid}

본 발명은 아미노클레이-부식산 응집제를 이용한 유지성 미세조류 수확방법에 관한 것이다.

현재 전세계 에너지 수요의 약 80%를 차지하고 있는 화석연료는 화석연료의 매장량이 한정되어 있어서 에너지 안보의 문제가 있고, 화석연료를 연소할 때에 발생하는 이산화탄소 등 온실가스의 배출로 인하여 지구온난화 등 기후 변화의 위협이라는 환경적인 문제를 포함한 다양한 문제를 유발시켜, 전세계적으로 화석연료의 사용량을 감축하기 위한 논의가 활발하게 이루어지고 있다.

우리나라는 석유 부존자원이 없으며 대부분 수입에 의존하고 있다. 국제유가, 기후변화, 정치 환경변화 등에 의한 수급 상황에 따라 경제가 크게 영향을 받고 있으며, 국내 기술 및 자본을 이용한 대체에너지 기술개발 및 자원 확보가 절실한 상황이다. 현재 고유가 및 기후변화협약에 대비하기 위하여 에너지효율화 기술 및 태양, 풍력 등 재생에너지 기술에 대한 투자가 확대되고 있으나, 수송용 부문에서 석유 대체가 어렵다는 한계가 있다. 수송부분에서 사용되는 에너지는 전체 에너지 소비량의 21% 수준이며, 이중 98%는 석유에 의하여 공급되고 있다.

이에 따라 화석연료를 대신하여 사용할 대체연료의 개발이 시급한 상황이며, 이러한 대체연료로 언급되는 것이 바이오디젤(bio-diesel)이다. 상기 바이오디젤은 바이오에탄올과 함께 가장 널리 사용되는 바이오연료로서, 콩기름 등의 식물성 기름을 원료로 해서 만든 바이오연료로 바이오에탄올과 함께 가장 널리 사용된다. 보통 메탄올을 이용해 3가의 지방산에 글리세롤이 결합한 트라이글리세리드로부터 글리세롤을 분리한 다음, 지방산에스터를 만들어 내는 에스테르 교환방법을 통하여 만든다. 이때 만든 바이오디젤이 바로 지방산 메틸에스테르(FAME)이다.

바이오디젤은 연료로써 뿐만 아니라 공해성 석유제품을 이미 상당수 대체하는 화학물질의 중간체로 사용하고 있고 응용성이 급격하게 확장되고 있는 산업이다. 바이오디젤은 친환경 제품인 생분해성 계면활성제, 합성 윤활유 그리고 저독성 용제의 제조 원료로 사용되고 있으므로 EU 등 선진국에서 법적/제도적으로 장려 정책을 강도 높게 시행하고 있어 성장성이 기대된다. 또한 바이오디젤 플랜트 산업은 결합형 지식산업이자 벤처기업형 산업, 차세대 전략산업 및 국제산업이라는 산업적 특징이 있으며, 기술적으로는 기술집약적 첨단사업이자 정부의 정책적 의지가 강하게 작용하는 유망 산업으로 평가받고 있다.

그러나 현재 바이오디젤은 주로 콩, 유채 등의 식용작물에서 추출한 식물성 기름을 이용해 생산하고 있으며(1세대 바이오연료 기술), 이는 곡물가격 상승을 유발해 아프리카와 같은 빈곤 국가와 저소득층의 식량난을 가중시킨다는 비판을 받고 있다. 또한 늘어나는 바이오디젤의 수요에 맞추어 팜유와 같은 원료 생산을 위해 광범위한 열대우림 또는 산림이 개발되고 있으며, 이는 오히려 지구온난화를 부추긴다는 지적도 있다. 더욱이 우리나라는 바이오디젤의 원료(대두유) 대부분을 해외에서 수입하고 있으므로 수급 및 가격이 석유자원과 유사하게 대외적인 상황 변화에 크게 의존할 가능성이 높다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위해 기존 식용유 또는 팜유 대신에 미세조류(Microalgae)를 원료로 활용하는 기술이 '차세대 바이오디젤 기술'로 많은 관심을 받고 있다. 미세조류는 물, 이산화탄소와 햇빛을 이용하여 성장이 가능하며, 황무지, 해안가, 바다 등 어디서든 배양할 수 있어 기존 육상작물과 토지나 공간 측면에서 상호 경쟁하지 않는다. 또한 미세조류는 배양조건에 따라 생체 내에 많은 양의 지질(최대 70%)을 축적하며, 단위 면적당 오일(지질) 생산량이 콩과 같은 기존 식용작물에 비해 50-100배 이상 높아 대체 생물원유로서의 가능성이 매우 높다. 이로부터 단위 면적당 오일 생산량이 육상식물에 비해 매우 우수한 미세조류에 기반한 바이오디젤 생산기술에 대한 관심이 높아지고 있다.

미세조류는 단일세포의 광합성 생물로 3~30㎛의 크기에 담수나 해수에서 서식한다. 미세조류는 이산화탄소를 흡수하고 산소를 배출하며, 오일 및 유용물질을 함유하고 있다. 미세조류는 육상식물에 비해 성장률이 매우 빠르고, 대량으로 고농도 배양이 가능하며, 극한 환경에서도 성장이 가능하다는 장점을 가진다. 미세조류는 사용 가능한 오일 성분이 바이오매스의 30~70%에 달하므로, 기존 작물에 비해 높은 연료 생산성을 나타낸다. 미세조류는 다른 작물과 토지나 공간 측면에서 상호 경쟁하지 않으므로, 현재 식량 자원의 가격 상승 및 산림 파괴 등 2차적인 환경 문제를 일으키지 않는다. 따라서 미세조류 이용 바이오디젤 생산기술은 단위 면적 당 높은 생산성을 나타내어 자원 확보가 용이하고 식량 자원과의 경쟁이 없으므로 국내 실정에 적합하다고 할 수 있다.

미세조류 수확 기술로 원심분리(centrifugation), 여과(filtration), 응집(flocculation), 부유 기술 등이 활발히 연구되고 있다. 원심분리 기술은 미세조류 수확기술로 많이 활용되고 있으나 대용량을 처리하기에는 시간이 많이 소요되며 에너지 비용이 높고, 기기가 비싼 단점이 있다. 여과기술의 경우 크기가 마이크로미터(μm)단위로 매우 작은 미세조류에 의해 쉽게 막혀 연속적인 운전이 매우 어려우며 대용량에 적용하기가 쉽지 않다. 부유법의 경우는 응집제 첨가 혹은 기포를 발생시켜 미세조류 표면에 달라붙게 함으로써 밀도를 감소시켜 배양액 표면으로 떠오르게 하여 회수하는 방법이다. 하지만 상용화하기 위해서는 비용이 많이 들어간다. 반면에 응집제를 이용한 미세조류의 응집은 위 세가지 방법에 비하여 종 특이성이 적으며 규모를 키우기가 쉽다는 장점을 지닌다

이에 본 발명자들은 미세조류 수확 기술로 응집 기술을 연구하던 중, 아미노클레이-부식산 응집제를 이용할 경우 빠르고 효율적으로 미세조류의 수확이 가능함을 확인하고 본 발명을 완성하였다.

본 발명은 아미노클레이-부식산 응집제를 이용한 유지성 미세조류 수확방법을 제공함을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 유지성 미세조류 수확방법으로 수확된 유지성 미세조류를 제공함을 목적으로 한다.

본 발명은 아미노클레이-부식산 응집제를 이용한 유지성 미세조류 수확방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 유지성 미세조류 수확방법으로 수확된 유지성 미세조류를 제공한다.

본 발명에 따른 아미노클레이-부식산 응집제를 이용한 유지성 미세조류 수확방법은 반응속도가 매우 빠르며 대용량의 미세조류 배양액에 쉽게 적용할 수 있어 유지성 미세조류 수확에 유용하게 사용될 수 있으며, 수확된 유지성 미세조류를 이용하여 경제성 있는 오일 및 바이오디젤의 생산이 가능하다.

도 1은 수용액 상에서 Mg-아미노클레이, Fe-아미노클레이 및 HA의 양에 따른 UV-Vis 흡수 스펙트럼을 나타낸 도이다.
도 2는 Mg- 및 Fe-아미노클레이의 양에 따른 부식산 응집(침전)의 반응 속도를 측정한 결과를 나타낸 도이다.
도 3은 아미노클레이-부식산 응집제의 침전 속도를 1차 방정식으로 나타낸 도이다.
도 4는 아미노클레이의 X-선 회절 (XRD) 패턴 및 푸리에 변환 적외선(Fourier transform infrared, FT-IR) 스펙트럼을 측정한 결과를 나타낸 도이다.
도 5는 부식산 및 아미노클레이-부식산 응집제의 X-선 회절 (XRD) 패턴 및 푸리에 변환 적외선(Fourier transform infrared, FT-IR) 스펙트럼을 측정한 결과를 나타낸 도이다.
도 6은 (a,b) 0.2 mg/L의 부식산, (c,d) Mg-아미노클레이-부식산 응집제(HA+Mg 3) 및 (e,f) Fe-아미노클레이-부식산 응집제(HA+Fe 2)를 주사전자현미경(SEM)으로 측정한 사진을 나타낸 도이다.
도 7은 반응 시간 및 평형 조건에 따른 유지성 클로렐라 수확의 효율성을 측정한 결과를 나타낸 도이다.
도 8은 아미노클레이-부식산 응집제에 의한 유지성 미세조류 수확 여부를 시간의 흐름에 따라 확인한 결과를 나타낸 도이다.
도 9는 (a) 순수 클로렐라, (b) Mg-아미노클레이에 의해 침전된 클로렐라, (c) Mg-아미노클레이-부식산 응집제(HA+Mg 3)에 의해 침전된 클로렐라(2.0×) 및 (d) Mg-아미노클레이-부식산 응집제(HA+Mg 3)에 의해 침전된 클로렐라(3.0×)를 광학 현미경으로 확인한 결과를 나타낸 도이다.

본 발명은

a) 유지성 미세조류를 배양액에서 배양하는 단계;

b) 상기 유지성 미세조류의 배양액에 아미노클레이-부식산 응집제를 혼합하는 단계; 및

c) 일정시간 경과 후 침전된 미세조류를 수확하는 단계로 이루어진 아미노클레이-부식산 응집제를 이용한 유지성 미세조류 수확방법을 제공한다.

본 발명의 유지성 미세조류 수확방법을 단계별로 상세히 설명하면 다음과 같다.

상기 a) 단계는 미세조류를 배양하는 단계로, 상기 미세조류는 아나시스티스 니둘란스(Anacystis nidulans), 안키스트로데스무스(Ankistrodesmus sp.), 비둘파 아우리타(Biddulpha aurita), 보트리오코쿠스 브라우니(Botryococcus braunii), 키토세라스(Chaetoceros sp.), 클라미도모나스 아플란타(Chlamydomonas applanata), 클라미도모나스 레인하드티(Chlamydomonas reinhardtii), 클로렐라(Chlorella sp.), 클로렐라 엘립소이데아(Chlorella ellipsoidea), 클로렐라 에멀소니(Chlorella emersonii), 클로렐라 프로토세코이드(Chlorella protothecoides), 클로렐라 피레노이도사(Chlorella pyrenoidosa), 클로렐라 소로키니아나(Chlorella sorokiniana), 클로렐라 불가리스(Chlorella vulgaris), 클로렐라 미누티시마(Chlorella minutissima), 클로로코쿠 리토레일(Chlorococcu littorale), 시클로텔라 크립티카(Cyclotella cryptica), 두날리엘라 바르다윌(Dunaliella bardawil), 두날리엘라 살리나(Dunaliella salina), 두날리엘라 테르티오렉타(Dunaliella tertiolecta), 두날리엘라 프리모렉타(Dunaliella primolecta), 짐노디움(Gymnodinum sp.), 헤머노모나스 카테라에(Hymenomonas carterae), 이소크리시스 갈베나(Isochrysis galbana), 이소크리시스(Isochrysis sp.), 마이크로시스티스 아에루기노사(Microcystis aeruginosa), 마이크로모나스 푸실라(Micromonas pusilla), 모노두스 서브테라네우스(Monodus subterraneous), 나노클로리스(Nannochloris sp.), 나노클로롭시스(Nannochloropsis sp.), 나노클로롭시스 아토무스(Nannochloropsis atomus), 나노클로롭시스 살리나(Nannochloropsis salina), 나비쿨라 필리쿨로사(Navicula pelliculosa), 니츠시아(Nitzschia sp.), 니츠시아 클로스테리움(Nitzscia closterium), 니츠시아 팔레아(Nitzscia palea), 오시스티스 폴리모피아(Oocystis polymorpha), 아우로코커스(Ourococcus sp.), 오실라토리아 루베스켄스(Oscillatoria rubescens), 파브로바 루테리(Pavlova lutheri), 패오닥트리움 트리코누툼(Phaeodactylum tricornutum), 피크노코커스 프로바솔리(Pycnococcus provasolii), 피라미노나스 코르다타(Pyramimonas cordata), 스피눌라 플라텐시스(Spirulina platensis), 스테파노디스커스 미누투루스(Stephanodiscus minutulus), 스티코커스(Stichococcus sp.), 시네드라우르나(Synedra ulna), 스케네데스무스 오브리쿼스(Scenedesmus obliquus), 스켈레나스트럼 그라시레(Selenastrum gracile), 스켈레토노마 코스타럼(Skeletonoma costalum), 테트라셀미스 출리(Tetraselmis chui), 테트라셀미스 마쿠라타(Tetraselmis maculata), 테트라셀미스(Tetraselmis sp.), 테트라셀미스 수에시카(Tetraselmis suecica), 탈라시오스트라 프세우도모나(Thalassiostra pseudomona), 아나배나(Anabaena sp.), 칼로드릭스(Calothrix sp.), 카마에시폰(Chaemisiphon sp.), 코로코시디옵시스(Chroococcidiopsis sp.), 차노데세(Cyanothece sp.),실린더로스페멈(Cylindrospermum sp.), 데모카펠라(Dermocarpella sp.), 피셔렐라(Fischerella sp.), 글로에오캅사(Gloeocapsa sp.), 믹소사시나(Myxosarcina sp.), 노스톡(Nostoc sp.), 오스실라토리아(Oscillatoria sp.), 포르미디움 코리움(Phormidium corium), 플레우로캅사(Pleurocapsa sp.), 프로콜로코코스(Prochlorococcus sp.), 페세우다나바에나(Pseudanabaena sp.), 시네코코스(Synechococcus), 시네코시스티스(Synechocystis sp.), 톨리포트릭스(Tolypothrix sp.) 및 제노코코스(Xenococcus sp.)일 수 있으며, 바람직하게는 클로렐라(Chlorella sp.)이다. 배양은 pH 6.5 이하의 약산성 조건에서 25~35℃로 수행되는 것이 바람직하다.

상기 아미노클레이는 금속 양이온 및 3-아미노프로필트리에톡시실란을 혼합하여 제조되며, 상기 금속은 마그네슘 또는 철인 것이 바람직하다.

양이온성 아미노클레이는 유비쿼터스 유기 물질인 부식산을 응집시키고, 아미노클레이에 의해 응집된 부식산은 효과적인 미세조류 수확 제제로서 사용될 수 있다. 이 때, 아미노클레이-부식산 응집제는 부식산 및 아미노클레이를 각각 0.1~0.3 g/L 및 3.0~7.0 g/L, 바람직하게는 각각 0.2 g/L 및 5.0 g/L로 혼합하여 제조할 수 있다.

아미노클레이-부식산 응집제를 이용한 유지성 미세조류 수확 과정은 하기와 같이 표시될 수 있다.

상기 b) 단계는 상기와 같이 제조된 아미노클레이-부식산 응집제와 배양된 유지성 미세조류를 혼합하는 단계로, 응집제를 증류수에 녹인 후, 여기에 미세조류 배양액을 혼합 및 교반한다.

상기 c) 단계는 침전된 미세조류를 수확하는 단계로, 아미노클레이-부식산 응집제와 유지성 미세조류를 혼합한 후, 일정시간 경과 후에 수확한다. 일정시간은 3분 이상인 것이 바람직하며, 응집제의 양이 증가함에 따라, 침전은 가속화된다.

본 발명의 아미노클레이-부식산 응집제를 이용한 유지성 미세조류 수확방법은 반응속도가 매우 빠르며 대용량의 미세조류 배양액에 쉽게 적용할 수 있어 유지성 미세조류의 수확에 유용하게 사용될 수 있다.

또한, 본 발명은 상기와 같은 방법으로 수확된 유지성 미세조류를 제공한다.

본 발명의 수확된 유지성 미세조류를 이용하여 경제성 있는 오일 및 바이오디젤의 생산이 가능하다.

이하 실시예를 통하여 본 발명을 구체적으로 설명한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명의 설명을 위한 것일 뿐 하기 실시예에 의하여 본 발명의 범주가 한정되는 것은 아니다.

실시예 1. 미세조류 배양 및 응집제 제조

1-1. 재료의 준비

부식산 나트륨 염(Humic acid sodium salt, HA로 표시), 3-아미노프로필트리에톡시실란(3-aminopropyltriethoxysilane)(APTES로 표시, ≥98%, 221.37 g/mol), 및 염화 제2철(ferric chloride)(FeCl₃·6H₂O)은 Sigma-Aldrich(USA)로부터 구입하였다. 염화마그네슘(Magnesium chloride)(MgCl₂·6H₂O)은 Junsei Chemical Co. Ltd.(Tokyo, Japan)로부터 얻었다. 또한, 에탄올(18L, 95%)은 Samchun Pure Chemicals(Korea)로부터 얻었다. 탈이온-증류수(DI water로 표시; 저항: > 18 mΩ)는 시료의 준비에 사용되었다.

1-2. 미세조류 및 배양조건

본 실험에는 1.3 g/L의 유지성 클로렐라(Chlorella sp.) 균주를 사용하였으며, pH 6.5 및 30℃로 6L-Pyrex 기포탑 반응기(bubble-column reactor)에서 7일동안 배양하였다. 보고된 클로렐라의 지질(기름) 함량은 36.5-41% 였다(기름의 무게/건조 바이오매스).

1-3. 아미노클레이의 제조

마그네슘 및 철 양이온 금속 각각 8.4 g을 200 mL의 에탄올 용액에 10분동안 교반하며 용해시킨 후, 13 mL의 3-아미노프로필트리에톡시실란을 각 금속 에탄올 용액에 한방울씩 떨어뜨렸다. 교반하는동안 각각 흰색 및 갈색 슬러리인 Mg-아미노클레이 및 Fe-아미노클레이가 생성되었다. 10분동안 6000×g로 원심분리하여 각 아미노클레이를 모은 후, 200 mL 에탄올 용액으로 2번 세척하고 마지막으로 건조하여 에탄올 용매를 증발시켰다. 이를 사용하기 전, 덩어리인 아미노클레이 입자를 막자사발을 이용하여 가루로 만들었다.

1-4. Mg- 및 Fe-아미노클레이-부식산 응집제의 제조

보관 용액(stock solution)을 제조하기 위하여, 0.2 g/L의 부식산을 제조하였으며, Mg-아미노클레이 및 Fe-아미노클레이 수용액을 각각 5 g/L 제조하였다. 5 mL의 HA 보관 용액에서, 각 아미노클레이 용액은 5 mL의 Mg-아미노클레이 및 Fe-아미노클레이에 10 mL의 탈이온-증류수를 첨가하고 아미노클레이 농도마다 10 mL로 조절하였다. 특히, 응집제는 0.2 g/L 부식산 5 mL와 5.0 g/L Mg-아미노클레이 5 mL를 총 15 mL(HA+Mg 3)가 되게 혼합하거나 0.2 g/L 부식산 5 mL와 5.0 g/L Mg-아미노클레이 7 mL를 총 15 mL(HA+Mg 4)가 되게 혼합함으로써 제조하였다. Fe-아미노클레이-부식산 응집제는, 0.2 g/L 부식산 5 mL와 5.0 g/L Fe-아미노클레이 3 mL를 총 15 mL(HA+Fe 2)가 되게 혼합하거나 0.2 g/L 부식산 5 mL와 5.0 g/L Fe-아미노클레이 5 mL를 총 15 mL(HA+Fe 3)가 되게 혼합함으로써 제조하였다. 미세조류 수확을 위해, 응집제는 6000×g로 10분동안 원심분리하였으며 상등액을 제거하고 최종적으로 1 mL가 되도록 탈이온-증류수로 조정하였다.

실험예 1. 부식산의 응집도 측정

Mg-아미노클레이 및 Fe-아미노클레이 용량에 따른 부식산의 응집을 조사하기 위해, 수용액에서 Mg-아미노클레이, Fe-아미노클레이, 및 HA 용액의 시간의 흐름에 따른 UV-Vis 흡광도를 측정하였으며, 그 결과를 도 1에 나타내었다.

도 1에 나타낸 바와 같이, Mg-아미노클레이는 5 g/L까지 투명하였으며, 600 nm 파장에서, 흡광도는 거의 0이었다. 반대로, Fe-아미노클레이는 철 이온의 고유 색으로 인해 갈색을 나타냈으며 Fe-아미노클레이의 농도가 0.3125 g/L일때, 600 nm에서 흡광도 또한 0이었으나 Fe-아미노클레이 양이 증가할수록 증가하였다. 흡광도는 5 g/L에서 0.4까지 도달하였다. 또한, HA의 농도가 12.5 mg/L일 때 600 nm에서 0이었으나 HA 양이 증가할수록, 흡광도는 200 mg/L에서 0.4까지 도달하였다.

600 nm 파장일때의 수치에 기초하여, Mg- 및 Fe-아미노클레이에 의한 HA 응집을 180분 동안 측정하였으며, 그 결과를 도 2에 아미노클레이의 양에 대한 그래프로 나타내었다.

도 2에 나타낸 바와 같이 Mg-아미노클레이 양의 증가에 따라, HA의 응집은 증가되었다. 그러나, Mg-아미노클레이 양이 더 증가한 경우, 양이온 아미노클레이 나노입자가 수용액에서 나노물질의 분산을 향상시키기 위해 계면활성제 역할을 하므로, 아미노클레이의 우수한 수용성으로 인해 HA 응집은 제한되었다. Fe-아미노클레이의 경우 Mg-아미노클레이와 유사한 응집 경향이 관찰되었으며, Mg- 및 Fe-아미노클레이에 의한 최적의 응집 조건이 각각 HA+Mg 3 및 HA+Fe 2임을 확인하였다. 아미노클레이에 의한 HA 응집 평형 시간은 약 180분이었다. 180분 동안의 침전 효율(침전)은 600 nm에서 HA+Mg 3, HA+Mg 4, HA+Fe 2, 및 HA+Fe 3의 흡광도를 측정하여 계산하였다. 실험은 반복하여 수행하였으며 평균값으로 결정하였다. HA+Mg 3, HA+Mg 4, HA+Fe 2, 및 HA+Fe 3의 침전 속도는 1차 방정식을 따랐으며, 그 결과를 도 3에 나타내었다.

도 3에 나타낸 바와 같이, 속도 상수는 응집 상수이며, 각각 0.0537(r²=0.8901), 0.0351(r²=0.7406), 0.0897(r²=0.9015), 및 0.0155(r²=0.7087)이었다. 일반적으로, Mg-아미노클레이는 Fe-아미노클레이와 비교하여 빠른 응집을 나타내며, 이는 Fe-아미노클레이(100 nm이하의 평균 유체 역학적 직경)보다 작은 Mg-아미노클레이(30 nm 이하의 평균 유체 역학적 직경)의 크기와 관련된다. 그 결과, Mg-아미노클레이 처리시 HA+Mg 3의 경우에서 더욱 효과적인 응집을 나타내었다.

실험예 2. 아미노 클레이 부식산 응집제의 특성 확인

아미노클레이, 부식산 및 아미노클레이-부식산 응집제의 결정 또는 비정질 구조를 확인하기 위하여 X-선 회절 (XRD) 패턴을 검사하였다. 응집제는 응집 부피를 30배로 높여 제조하여 원심분리하여 회수하고, 밤새 50℃로 오븐에서 건조시켰다. XRD 기계는 마이크로 영역 X-선 회절분석법 (D/MAX-2500, Rigaku, 40kV and 300 mA)으로 사용하였다. 또한, 이들의 유기 관능기를 확인하기 위하여 푸리에 변환 적외선(Fourier transform infrared, FT-IR) 스펙트럼을 측정하였다. 시료 가루(10 wt%) 및 KBr(90 wt%)로 이루어진 pellet disks를 이용한 분광분석법(spectrometry)(FT-IR 4100, Jasco, Japan)으로 기록하였으며, 그 결과를 도 4 및 도 5에 나타내었다.

도 4 및 도 5에 나타낸 바와 같이, 아미노클레이, HA 및 아미노클레이-부식산 응집제는 모두 비정질 구조임을 확인하였으며, 그 유기 관능기를 확인하였다.

또한, 실리콘 웨이퍼 단편의 표면에 부식산 및 아미노클레이-부식산 응집제일부를 분취 낙하한 후 주사전자현미경(Scanning electron microscopic, SEM, SEM-4700)으로 시료의 사진을 얻었으며, 그 결과를 도 6에 나타내었다.

실험예 3. 아미노클레이-부식산 응집제에 의한 미세조류 수확

상기 실시예 1-4에서 제조된 아미노클레이 중 가장 효과적인 침전을 나타낸 HA+Mg3 부식산 응집제를 증류수에 녹인 후, 상기 실시예 1-2에서 배양된 유지성 미세조류 배양액에 넣어 혼합하였다. 이를 마그네틱 바를 이용하여 800 rpm에서 1분 동안 교반하였다. 1시간 후 침전된 미세조류를 수확하였다. 이때의 실험 조건을 표 1에 나타내었다.

	0.5×	1.0×	1.5×	2.0×	2.5×	3.0×	Mg-아미노클레이	부식산 (HA)
미세조류 배양액 (1.3 g/L, mL)	7						5
증류수 (mL)	2.5	2	1.5	1.0	0.5	0	-	-
HA+Mg 3 (mL)	0.5	1.0	1.5	2.0	2.5	3.0	-	-
대조군 (mL)	-	-	-	-	-	-	Mg-아미노클레이 보관용액 5mL	HA 보관용액 5mL
Mg-아미노클레이 (mg)	12.5	25	37.5	50	62.5	75	25	-
HA (mg)	0.5	1	1.5	2	2.5	3.0	-	1

표 1에 나타낸 반응 시간 및 평형 조건에 따른 유지성 클로렐라 수확의 효율성을 측정하였으며, 그 결과를 도 7에 나타내었다.

도 7에 나타낸 바와 같이, 유기물 및 공존 이온(co-existed ions)의 존재 하에서, 아미노클레이-부식산 응집제에 의한 미세조류 바이오매스의 침전은 제한되었으나, 2.0× 이상에서는 거의 100%의 수확 효율을 나타내었으며, 응집제 양이 증가함에 따라, 침전은 가속화되었다.

상기 아미노클레이-부식산 응집제에 의한 유지성 미세조류 수확 여부를 시간의 흐름에 따라 확인하였으며, 그 결과를 도 8에 나타내었다.

도 8에 나타낸 바와 같이 시간이 흐름에 따라 유지성 미세조류가 침전되어 반응액이 맑아짐을 확인하였으며, 2.0× 이상에서는 거의 대부분 수확되었음을 확인하였다.

실험예 4. 수확된 미세조류의 확인

상기 실험예 3에서 수확된 클로렐라를 광학 현미경으로 관찰하였으며, 그 결과를 도 9에 나타내었다. 도 9에 나타낸 흰 화살표는 Mg-아미노클레이를 가리키며, 검은 화살표는 부식산을 가리킨다.

Claims

a) 유지성 미세조류를 배양액에서 배양하는 단계;
b) 상기 유지성 미세조류의 배양액에 아미노클레이-부식산 응집제를 혼합하는 단계; 및
c) 일정시간 경과 후 침전된 미세조류를 수확하는 단계로 이루어진, 아미노클레이-부식산 응집제를 이용한 유지성 미세조류 수확방법.
제1항에 있어서, 상기 a)단계의 유지성 미세조류는 아나시스티스 니둘란스(Anacystis nidulans), 안키스트로데스무스(Ankistrodesmus sp.), 비둘파 아우리타(Biddulpha aurita), 보트리오코쿠스 브라우니(Botryococcus braunii), 키토세라스(Chaetoceros sp.), 클라미도모나스 아플란타(Chlamydomonas applanata), 클라미도모나스 레인하드티(Chlamydomonas reinhardtii), 클로렐라(Chlorella sp.), 클로렐라 엘립소이데아(Chlorella ellipsoidea), 클로렐라 에멀소니(Chlorella emersonii), 클로렐라 프로토세코이드(Chlorella protothecoides), 클로렐라 피레노이도사(Chlorella pyrenoidosa), 클로렐라 소로키니아나(Chlorella sorokiniana), 클로렐라 불가리스(Chlorella vulgaris), 클로렐라 미누티시마(Chlorella minutissima), 클로로코쿠 리토레일(Chlorococcu littorale), 시클로텔라 크립티카(Cyclotella cryptica), 두날리엘라 바르다윌(Dunaliella bardawil), 두날리엘라 살리나(Dunaliella salina), 두날리엘라 테르티오렉타(Dunaliella tertiolecta), 두날리엘라 프리모렉타(Dunaliella primolecta), 짐노디움(Gymnodinum sp.), 헤머노모나스 카테라에(Hymenomonas carterae), 이소크리시스 갈베나(Isochrysis galbana), 이소크리시스(Isochrysis sp.), 마이크로시스티스 아에루기노사(Microcystis aeruginosa), 마이크로모나스 푸실라(Micromonas pusilla), 모노두스 서브테라네우스(Monodus subterraneous), 나노클로리스(Nannochloris sp.), 나노클로롭시스(Nannochloropsis sp.), 나노클로롭시스 아토무스(Nannochloropsis atomus), 나노클로롭시스 살리나(Nannochloropsis salina), 나비쿨라 필리쿨로사(Navicula pelliculosa), 니츠시아(Nitzschia sp.), 니츠시아 클로스테리움(Nitzscia closterium), 니츠시아 팔레아(Nitzscia palea), 오시스티스 폴리모피아(Oocystis polymorpha), 아우로코커스(Ourococcus sp.), 오실라토리아 루베스켄스(Oscillatoria rubescens), 파브로바 루테리(Pavlova lutheri), 패오닥트리움 트리코누툼(Phaeodactylum tricornutum), 피크노코커스 프로바솔리(Pycnococcus provasolii), 피라미노나스 코르다타(Pyramimonas cordata), 스피눌라 플라텐시스(Spirulina platensis), 스테파노디스커스 미누투루스(Stephanodiscus minutulus), 스티코커스(Stichococcus sp.), 시네드라우르나(Synedra ulna), 스케네데스무스 오브리쿼스(Scenedesmus obliquus), 스켈레나스트럼 그라시레(Selenastrum gracile), 스켈레토노마 코스타럼(Skeletonoma costalum), 테트라셀미스 출리(Tetraselmis chui), 테트라셀미스 마쿠라타(Tetraselmis maculata), 테트라셀미스(Tetraselmis sp.), 테트라셀미스 수에시카(Tetraselmis suecica), 탈라시오스트라 프세우도모나(Thalassiostra pseudomona), 아나배나(Anabaena sp.), 칼로드릭스(Calothrix sp.), 카마에시폰(Chaemisiphon sp.), 코로코시디옵시스(Chroococcidiopsis sp.), 차노데세(Cyanothece sp.),실린더로스페멈(Cylindrospermum sp.), 데모카펠라(Dermocarpella sp.), 피셔렐라(Fischerella sp.), 글로에오캅사(Gloeocapsa sp.), 믹소사시나(Myxosarcina sp.), 노스톡(Nostoc sp.), 오스실라토리아(Oscillatoria sp.), 포르미디움 코리움(Phormidium corium), 플레우로캅사(Pleurocapsa sp.), 프로콜로코코스(Prochlorococcus sp.), 페세우다나바에나(Pseudanabaena sp.), 시네코코스(Synechococcus), 시네코시스티스(Synechocystis sp.), 톨리포트릭스(Tolypothrix sp.) 및 제노코코스(Xenococcus sp.)로 구성되는 군으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 유지성 미세조류 수확방법.
제1항에 있어서, 상기 b)단계의 아미노클레이는 금속 양이온 및 3-아미노프로필트리에톡시실란을 혼합하여 제조되는 것을 특징으로 하는 유지성 미세조류 수확방법.
제3항에 있어서, 상기 금속은 마그네슘 또는 철인 것을 특징으로 하는 유지성 미세조류 수확방법.
제1항에 있어서, 상기 b)단계의 아미노클레이-부식산 응집제는 부식산 및 아미노클레이를 각각 0.1~0.3 g/L 및 3.0~7.0 g/L로 혼합하여 제조되는 것을 특징으로 하는 유지성 미세조류 수확방법.
제1항에 있어서, 상기 c)단계의 일정시간은 3분 이상인 것을 특징으로 하는 유지성 미세조류 수확방법.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항의 방법으로 수확된 유지성 미세조류.