KR20190086290A - 미생물 흡착제 및 이를 이용한 리튬의 연속 회수 방법 - Google Patents

미생물 흡착제 및 이를 이용한 리튬의 연속 회수 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20190086290A
KR20190086290A KR1020180004636A KR20180004636A KR20190086290A KR 20190086290 A KR20190086290 A KR 20190086290A KR 1020180004636 A KR1020180004636 A KR 1020180004636A KR 20180004636 A KR20180004636 A KR 20180004636A KR 20190086290 A KR20190086290 A KR 20190086290A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
lithium
microorganism
support
binding peptide
fiber
Prior art date
Application number
KR1020180004636A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102073201B1 (ko
Inventor
이수연
이상민
김민식
우중제
이진석
류호정
홍순호
나정걸
Original Assignee
한국에너지기술연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국에너지기술연구원 filed Critical 한국에너지기술연구원
Priority to KR1020180004636A priority Critical patent/KR102073201B1/ko
Publication of KR20190086290A publication Critical patent/KR20190086290A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102073201B1 publication Critical patent/KR102073201B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/22—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising organic material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07K—PEPTIDES
    • C07K7/00—Peptides having 5 to 20 amino acids in a fully defined sequence; Derivatives thereof
    • C07K7/04—Linear peptides containing only normal peptide links
    • C07K7/06—Linear peptides containing only normal peptide links having 5 to 11 amino acids
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N11/00—Carrier-bound or immobilised enzymes; Carrier-bound or immobilised microbial cells; Preparation thereof
    • C12N11/02—Enzymes or microbial cells immobilised on or in an organic carrier
    • C12N11/06—Enzymes or microbial cells immobilised on or in an organic carrier attached to the carrier via a bridging agent
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N11/00—Carrier-bound or immobilised enzymes; Carrier-bound or immobilised microbial cells; Preparation thereof
    • C12N11/02—Enzymes or microbial cells immobilised on or in an organic carrier
    • C12N11/08—Enzymes or microbial cells immobilised on or in an organic carrier the carrier being a synthetic polymer
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N11/00—Carrier-bound or immobilised enzymes; Carrier-bound or immobilised microbial cells; Preparation thereof
    • C12N11/14—Enzymes or microbial cells immobilised on or in an inorganic carrier
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N15/00—Mutation or genetic engineering; DNA or RNA concerning genetic engineering, vectors, e.g. plasmids, or their isolation, preparation or purification; Use of hosts therefor
    • C12N15/09—Recombinant DNA-technology
    • C12N15/63—Introduction of foreign genetic material using vectors; Vectors; Use of hosts therefor; Regulation of expression
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B26/00—Obtaining alkali, alkaline earth metals or magnesium
    • C22B26/10—Obtaining alkali metals
    • C22B26/12—Obtaining lithium

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Plant Pathology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Proteomics, Peptides & Aminoacids (AREA)
  • Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
  • Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)

Abstract

본 발명은 미생물 흡착제 및 그를 이용한 리튬의 연속적인 회수 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 지지체 및 리튬 결합 펩티드가 표면에 발현된 미생물을 포함하는 미생물 흡착제에 관한 것으로, 리튬 결합 펩티드가 표면에 발현된 재조합 미생물이 지지체에 흡착된 미생물 흡착제를 리튬 회수에 사용하는 경우, 상기 재조합 미생물을 단독으로 사용한 경우에 비하여 리튬 탈착시 가해지는 표면의 손상을 현저하게 억제하여 수회 재사용 하는 경우에도 리튬 회수 효율을 유지할 수 있다.

Description

미생물 흡착제 및 이를 이용한 리튬의 연속 회수 방법{BIOSORBENT AND A METHOD FOR CONTINOSULY RECOVERING LITHUM USING THE SAME}
본 발명은 미생물 흡착제 및 그를 이용한 리튬의 연속적인 회수 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 지지체 및 리튬 결합 펩티드가 표면에 발현된 미생물을 포함하는 미생물 흡착제 및 그를 이용한 리튬의 연속적인 회수 방법에 관한 것이다.
리튬 이온전지는 충전하여 사용할 수 있는 2차 전지로, 가볍고, 무게에 비하여 에너지 밀도가 다른 전지에 비해 크다는 장점이 존재하며, 자가방전에 의한 전력 손실이 적고, 기억 효과(Memory effect)가 없어 현대 사회의 필수품에 해당하는 휴대전화 및 노트북과 같은 전자 기기에 널리 활용되고 있다. 특히, 상기 리튬 이온 전지를 이용한 리튬 배터리의 수요는 매해 25% 까지 성장하며, 국제적 소비는 2020년 까지 연간 300,000 메트릭 톤까지 증가할 것으로 예상되고 있다.
리튬이 용해된 용액에서 리튬을 회수하기 위해서는 이온교환 흡착법, 용매 추출법, 공침법과 같은 다양한 방법들이 연구되었으며, 이러한 시도 중 매우 높은 선택성을 가진 이온 교환 특성을 지닌 망간 산화물계 무기물 흡착법과 같이 무기물 흡착제가 개발되고 있다. 그러나, 이와 같은 경우 외부에서 추가적인 압력을 가하여 해수를 흘려 보내 통과 시켜야 하며, 리튬 회수량과 직접 관계되는 망간 산화물 흡착제의 도입량에 한계가 존재하며, PVC에 의해 코팅된 부분에서 흡착 특성이 저하된다는 등의 문제점이 존재하였다.
한편, 박테리아, 균류, 조류 등과 같이 살아 있는 미생물 또는 죽은 미생물을 이용하여 수용액 내에 존재하는 중금속 등을 제거할 수 있는 사실은 오래 전부터 알려져 왔다. 이에, 미생물을 이용하여 중금속 등을 제거하기 위한 흡착제로 개발하고자 하는 다양한 연구가 진행되어 왔다. 그 예로, 콜로이드 실리카 겔을 담체로 하여 미생물을 담지시켜 고정화 시키는 과정 등을 통해 기계적 강도를 높인 생물흡착제를 이용한 중금속 등을 흡착 및 회수하는 폐수 처리 공정 등에 대한 연구가 다양하게 진행되어 왔다. 그러나, 이러한 생물세포는 폐수와 같은 수용액 중에 존재하는 다양한 금속 이온 중에서 경금속 보다 중금속 이온을 더욱 효과적으로 제거하는 특징을 갖고 있기 때문에 리튬 이온을 선택적으로 회수하기에는 어려움이 존재하였다.
본 발명의 일 목적은 미생물 흡착제를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 본 발명에 따른 상기 미생물 흡착제의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 본 발명에 따른 상기 미생물 흡착제를 이용한 리튬 회수 방법을 제공하는 것이다.
그러나 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명자들은 리튬 결합 펩티드가 표면에 발현된 미생물을 지지체에 고정화시켜 리튬 회수에 재사용 하는 경우, 세포 표면에 가해지는 손상을 매우 효과적으로 억제하여 수회 재사용 하여도 리튬 회수 효율을 유지할 수 있는 미생물 흡착제를 개발하여 본 발명을 완성하게 되었다.
본 발명의 일 구현 예에 따르면 지지체 및 리튬 결합 펩티드가 표면에 발현된 미생물을 포함하고, 상기 리튬 결합 펩티드가 표면에 발현된 미생물은 지지체에 고정화된 미생물 흡착제를 제공한다.
본 발명에서, 상기 "미생물 흡착제(Biosorbent)"란, 기체나 용액의 분자들이 고체 표면에 달라붙는 흡착의 성질을 갖는 미생물이 지지체에 고정화된 것을 의미한다. 본 발명의 목적상 상기 미생물 표면에 리튬 결합 펩티드가 발현될 수 있도록 재조합된 미생물을 의미하며, 이를 통해 용액 내에 포함되어 있는 리튬을 매우 특이적으로 선택하여 흡착하여 회수 할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 지지체 및 리튬 결합 펩티드가 표면에 발현된 미생물을 포함하는 미생물 흡착제의 형태를 도 1을 기준으로 설명한다.
도 1에서 보는 바와 같이, 리튬 결합 펩티드가 표면에 발현된 미생물(100)은 지지체(200)에 고정화되어 미생물 흡착제를 구성할 수 있다.
본 발명의 일 구체 예에서는 상기 리튬 결합 펩티드가 표면에 발현된 미생물이 지지체에 고정화되는 것은 실리카 가교 형성을 통해 이루어지는 것일 수 있다. 본 발명의 목적상 상기 실리카 가교를 형성하기 위해서는 지지체에 흡착된 미생물을 테트라메톡시실란(tetramethoxysilane)에 침지 시킨 뒤, 상기 테트라메톡시실란을 증발시키는 과정을 통해 수행될 수 있다. 이와 같이, 단순히 상기 미생물이 지지체에 흡착되어 있는 경우가 아닌 실리카 가교를 통해 고정화되어 있는 경우 미생물 흡착제를 수회 재사용 하는 경우에도 미생물의 손실이 적어 리튬 회수 효율을 유지할 수 있다.
본 발명에서, 상기 리튬 결합 펩티드가 표면에 발현된 재조합 미생물은 구체적으로, 리튬 결합 펩티드를 코딩하는 뉴클레오티드 서열이 포함된 미생물의 표면 발현용 재조합 벡터를 제조하고, 이를 미생물에 형질전환(transformation) 시킨 후, 리튬 결합 펩티드를 표면에 발현시키는 단계에 의해 제조될 수 있다. 본 발명의 목적상 상기 리튬 결합 펩티드는 리튬과 특이적으로 결합할 수 있는 펩티드로, 바람직하게는 서열번호 1인 아미노산 서열 GPGDP일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명에서, 상기 "형질전환"은 세포 외부 DNA가 수반 물질이 존재 또는 비 존재하는 상태로 숙주 세포로 들어가는 과정을 의미한다. 형질전환된 세포는 세포 외부 DNA가 세포 내로 도입되어 세포 외부 DNA를 가지고 있는 세포를 의미한다. DNA는 세포로 도입되어 핵산이 염색체에 삽입되거나 혹은 염색체 외의 물질로 복제될 수 있다.
본 발명에서 상기 미생물의 표면 발현용 재조합 벡터는 구체적으로, 서열번호 2 및 서열번호 3 중 어느 하나로 표시되는 염기 서열로 이루어진 OmpC(outer membrane protein C)를 코딩하는 유전자에 상보적인 프라이머 서열, 및 서열번호 4 내지 서열번호 5로 표시되는 염기 서열로 이루어진 리튬 결합 펩티드를 코딩하는 유전자에 상보적인 프라이머 서열이 융합된 뉴클레오티드 서열을 포함하는 표면 발현용 재조합 벡터일 수 있다.
또한, 본 발명에서, 상기 리튬 결합 펩티드의 표면 발현 방법은 형질전환된 미생물을 배양하여 리튬 결합 펩티드를 미생물의 표면에 발현하는 단계를 포함하는 것일 수 있다. 바람직하게는 상기 리튬 결합 펩티드를 세포 표면에 발현하는 단계는 IPTG(isopropyl β-D-1-thiogalactopyranoside)를 미생물에 처리하는 과정을 통해 수행될 수 있다.
본 발명에서 상기 "벡터"는 삽입된 핵산 분자를 숙주 세포 내로 또는 사이로 전달하는 핵산 분자, 바람직하게는 자가-복제성 핵산 분자를 의미한다. DNA 또는 RNA의 세포 내로의 삽입을 위해 기능하는 벡터, 1차적으로 DNA 또는 RNA의 복제를 위해 기능하는 벡터의 복제물 및 DNA 또는 RNA의 전사 및 번역을 위해 기능하는 발현 벡터를 모두 포함한다.
본 발명에서, 상기 미생물은 대장균, 살모넬라 타이피, 살모넬라 타이피뮤리움, 비브리오 콜레라, 마이코박테리움 보비스, 시겔라, 바실러스, 유산균, 스테필로코커스, 코리네 박테리아, 리스테리아 모노싸이토제네스 및 스트랩코커스로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상인 것일 수 있으나, 미생물의 표면에 리튬 결합 펩티드가 발현될 수 있도록 재조합 할 수 있는 미생물이라면 이에 제한되지 아니하고 모두 포함될 수 있다.
본 발명에서, 상기 "지지체"는 미생물 흡착제에서 미생물이 고정화 될 수 있는 부분을 의미한다. 이에 제한되는 것은 아니지만, 예를 들면 탄소 섬유, 세라믹 섬유, 금속 섬유, 폴리머 섬유 및 상기 섬유를 통해 직조되거나 짜여진 매트로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상인 것일 수 있다. 바람직하게는 상기 탄소 섬유를 통해 직조되거나 짜여진 매트인 탄소천 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 다른 구현 예에 따르면, 미생물 흡착제 제조방법을 제공한다. 구체적으로, a) 리튬 결합 펩티드가 세포 표면에 발현된 미생물을 배양하는 단계; b) 상기 a) 단계의 배양된 미생물을 회수하여 인산완충식염수에 희석하는 단계; c) 상기 b) 단계의 희석된 미생물과 지지체를 흡착시키는 단계; 및 d) 상기 c) 단계의 흡착된 미생물을 지지체에 고정화시키는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 미생물 흡착제 제조방법에서 상기, 리튬 결합 펩티드가 표면에 발현된 미생물, 리튬 결합 펩티드, 및 지지체에 관한 내용은 상기 미생물 흡착제에서 기재한 바와 중복되어, 이하 구체적인 기재를 생략한다.
본 발명에서, 상기 d) 단계의 흡착된 미생물이 지지체에 고정화하는 단계는 테트라메톡시실란(tetramethoxysilane) 용액에 지지체에 흡착된 미생물을 넣은 뒤, 테트라메톡시실란을 증발시켜 실리카 가교 결합을 형성하는 단계일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 본 발명에서, 상기 b) 단계의 미생물을 회수하여 인산완충식염수에 희석하는 단계에서 희석된 미생물의 농도는 OD600값이 10 내지 30일 수 있다. 미생물의 농도가 OD600 10 미만인 경우에는 지지체에 고정화되는 미생물의 수가 적고, OD600 30 초과인 경우에는 지지체에 미생물이 과도하게 고정화되어 목적하는 리튬 회수 효율을 유지할 수 없다.
본 발명의 또 다른 구현 예에서는 지지체에 고정화된 리튬 결합 펩티드가 표면에 발현된 미생물을 포함하는 미생물 흡착제를 이용하여 폐수 또는 해수로부터 리튬 이온을 회수하는 방법을 제공한다.
본 발명의 리튬 이온을 회수하는 방법에서 상기 리튬 결합 펩티드가 표면에 발현된 미생물, 리튬 결합 펩티드, 고정화, 및 지지체와 관련된 내용은 상기 미생물 흡착제에서 기재한 바와 중복되어, 이하 구체적인 기재를 생략한다.
본 발명에서, 상기 "회수"는 폐수 또는 해수 내에 포함되어 있는 미생물 흡착제에 존재하는 리튬 결합 펩티드에 부착된 후 탈착하는 과정에 의해 리튬 이온을 수득하는 것을 의미할 수 있다.
본 발명에서, 상기 리튬 이온을 회수하는 방법은 리튬 결합 펩티드가 표면에 발현된 미생물에 부착된 리튬 이온을 에틸렌다이아민테트라아세트산(ethylenediaminetetraacetic acid, EDTA)과 같은 킬레이트 화합물을 이용하여 탈착 시키는 과정을 통해 이루어지는 것일 수 있다. 본 발명의 목적상 상기 회수는 탈착 및 부착 과정이 적어도 1회 내지 10회로 재사용 할 수 있는 것일 수 있다. 이는, 리튬 결합 펩티드가 표면에 발현된 미생물이 지지체에 고정화됨으로써, 리튬 결합 펩티드가 표면에 발현된 미생물에 부착된 리튬 이온을 탈착 시키는 과정에서 발생하는 미생물 표면의 손상을 억제하여 사용 횟수를 증가시킬 수 있다.
리튬 결합 펩티드가 표면에 발현된 재조합 미생물이 지지체에 흡착된 미생물 흡착제를 리튬 회수에 사용하는 경우, 상기 재조합 미생물을 단독으로 사용한 경우에 비하여 리튬 탈착시 가해지는 미생물 표면의 손상을 현저하게 억제하여 수회 재사용 하는 경우에도 리튬 회수 효율을 유지할 수 있다.
한편, 앞서 기재된 효과는 예시적인 것에 불과하며 당업자의 관점에서 본 발명의 세부 구성으로부터 예측되거나 기대되는 효과들 또한 본원발명 고유의 효과에 추가될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 미생물 흡착제의 모식도를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 미생물 흡착제의 표면을 SEM을 이용하여 측정한 결과를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 미생물이 지지체에 고정화되기 전(좌)과 고정화된 후(우)를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 미생물 흡착제의 재사용 효율을 나타낸 것이다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로서, 본 발명의 요지에 따라 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
실시예
[준비예] 박테리아 균주 및 배지
리튬 결합 펩티드가 표면에 발현될 수 있도록 재조합된 미생물을 제조하기 위하여 사용된 박테리아 균주는 하기 표 1과 같다. 상기 박테리아 균주는 100 mg/L 암피실린(ampicillin) 이 첨가된 LB 배지(10 g/L bacto-typrone, 5 g/L bacto-yeast extract 및 5 g/L NaCl)에서 250 rpm 진탕하면서 37℃에서 배양하였다.
Figure pat00001
[제조예 1] 리튬 결합 펩티드가 표면에 발현된 미생물 제조
리튬 결합 펩티드(peptide)의 유전자를 8번 루프(993bp)에서 절단된 ompC 유전자의 C-말단에 결합시키고 Expand High Fidelity PCR system (Poche Molecular Biochemicals, Mannheim, Germany)을 사용하는 MJ mini personal Thermal Cycler(Bio-Rad Laboratories, Hercules, CA, USA)로 PCR을 통해 유전자 증폭을 수행하였다. 리튬 결합 펩티드는 서열번호 1에 해당하는 리튬 결합 펩티드 GPGDP(이하, '리튬 결합 펩티드'라 함)를 사용하였으며, 이는 코돈 사용빈도(codon usage)를 고려하여 설계 활용하였다. 이에 사용된 프라이머는 각각 표 2에 기재된 바와 같다. 구체적으로, 서열번호 2 및 3은 OmpC를 코딩하는 유전자에 상보적인 프라이머 서열에 해당하고, 서열번호 4 및 5는 OmpC에 상기 서열번호 1가 결합되어 있는 서열을 코딩하는 유전자에 상보적인 프라이머 서열에 해당한다.
이름 서열(5'-> 3')
서열번호 2 CATATGATGAAAGTTAAAGT
서열번호 3 GGATCCTTATTACGGGTTGCCCGGGCCCATGTTTTTGTTGAAGTACTA
서열번호 4 CATATGATGAAAGTTAAAGT
서열번호 5 GGATCCTTATTACGGGTTGCCCGGGCCCGCTTTCGCCGCCGCTTCCGCCGGGTTGCCCGGGCC
상기에서 제조된 뉴클레오티드 PCR 산물은 Nde I 및 BamHI 제한 효소를 이용하여 pET21a 플라스미드 내로 클로닝 하는 과정을 통해 pET21a: OmpC 및 pET21a: GPGDP인 재조합 벡터를 제조하였다. 리튬 결합 펩티드의 이량체 반복을 갖는 플라스미드 역시 앞서 언급한 방식과 동일하도록 제조하였다. OmpC-GPGDP의 발현을 유도하기 위하여 T7 프로모터에 의해 조절되는 IPTG(isopropyl β-D-1-thiogalactopyranoside) 를 추가하였다.
상기 과정에 의해 제조된 재조합 플라스미드는 E.coli BL21(DE3) 미생물에 각각 형질전환(Transformation) 시킨 뒤, IPTG를 처리하여 미생물의 표면에 목적하는 펩티드의 발현을 유도하는 과정을 통해 제조예 1을 제조하여 이하 분석에 활용하였다.
[제조예 2] 미생물 흡착제 제조
표면에 리튬 결합 펩티드가 발현된 미생물인 제조예 1을 이용하여 미생물 흡착제를 제조하기 위해 지지체에 고정화하는 과정을 수행하였다.
상기 지지체는 미생물이 고정화 될 수 있는 것이라면 제한되지 아니하지만 탄소 섬유를 통해 직조되거나 짜여진 매트에 해당하는 탄소천을 이용하여 이하 미생물 흡착제를 제조하였다.
우선적으로, 제조예 1을 배양한 뒤, 배양된 제조예 1 배양액을 원심분리기를 통해 농축한 뒤, 제조예 1만을 수득하였다. 그 뒤, 10 mM의 인산완충식염수(Phosphate-Buffered Saline)에 OD600=20 농도가 될 수 있도록 상기 농축된 제조예 1을 희석하였다. 희석된 제조예 1을 0.5 mg-dcw/cm2-표면(surface) 농도만큼 탄소천에 흡착시켰다. 그 뒤, 테트라메톡시실란(tetramethoxysilane; TMOS)가 포함되어 있는 유리 용기에 침지시키고, 실리카 가교를 형성을 위해 테트라메톡시실란을 증발시켜 제조예 1을 탄소천(Carbon Cloth; CC) 표면에 고정화하였다. 마지막으로, 상기 제조예 1이 고정화된 탄소천을 충분히 건조하여 미생물 흡착제인 제조예 2를 제조하였다. 고정화 여부를 측정하기 위해 위해 SEM 및 외부 형태 사진을 촬영하여 그 결과를 도 2 및 3에 나타내었다.
도 2 및 도 3에서 보는 바와 같이, 탄소천(CC) 표면에 제조예 1이 고정화 되어 있고, 탄소천을 세척한 이후에도 제조예 1이 변함없이 충분히 고정화되어 있었다.
[실시예 1] 미생물 흡착제를 이용한 리튬 이온 연속 회수
미생물 흡착제인 제조예 2가 리튬 이온 흡착 시 미생물 표면의 손상이 적어 안정성이 높아짐으로써 재사용이 가능할 수 있는 효과를 확인하였다.
리튬 이온의 흡착 및 탈착 사이클은 20 mM 의 LiCl 용액에 상기 제조예 2를 혼합하고 30분 동안 배양하는 과정을 통해 리튬 이온을 흡착시키고 난 뒤, 5 mM의 EDTA 용액에 넣어 리튬 이온을 탈착하고 제조예 2를 증류수로 세척하는 과정을 통해 잔여물을 제거하였다. 상기 흡착 및 탈착 사이클을 각각 1회에서부터 10회까지 반복하면서 초기 LiCl 이온 용액에 포함되어 있는 리튬 이온의 농도를 ICP-OES를 이용하여 분석하였다. 분석 결과는 하기 표 3 및 도 4에 나타내었다.
샘플
번호		 반복 사용 횟수
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
1 96.2 34.9 29.0 36.0 44.0 81.6 19.3 70.3 30.8 21.0
2 121.6 97.2 40.7 64.3 36.0 26.7 21.2 38.6 30.2 17.3
3 82.2 48.5 30.6 50.1 31.0 29.4 21.2 33.9 27.3 16.6
평균 100.0 60.2 33.4 50.1 37.0 45.9 20.5 47.6 29.5 18.3
SD 20.0 32.7 6.3 14.2 6.5 1.1 1.1 19.8 1.9 2.3
상기 표 3 및 도 4에서 보는 바와 같이, 제조예 2를 리튬 이온의 흡착 및 탈착 사이클을 1회를 수행한 경우를 기준으로 2회 흡착 및 탈착 사이클을 수행하였을 때 평균은 60.2%의 재사용 효율로 매우 높은 수준을 유지하였다. 뿐만 아니라, 3회 내지 9회 흡착 및 탈착 사이클을 수행한 경우 약 37%의 재사용 효율을 유지하였다. 심지어 10회 흡착 및 탈착 사이클을 수행한 경우에서도 20%의 재사용 효율이 유지되었다.
상기 결과를 통해 본 발명에 따른 제조예 2는 지지체에 고정화되는 과정을 통하여 EDTA와 같은 킬레이트 용액에 의해 미생물의 세포 외부가 손상되는 과정을 억제함으로써 재사용 효율을 높일 수 있음을 알 수 있다.
이상에서 본 발명에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.
100: 리튬 결합 펩티드가 표면에 발현된 미생물
200: 지지체
<110> Korea institute of energy research <120> BIOSORBENT AND A METHOD FOR CONTINOSULY RECOVERING LITHUM USING THE SAM <130> IPPAA2017-00411 <160> 5 <170> KoPatentIn 3.0 <210> 1 <211> 5 <212> PRT <213> Artificial Sequence <220> <223> lithium binding peptide <400> 1 Gly Pro Gly Asp Pro 1 5 <210> 2 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> OmpC <400> 2 catatgatga aagttaaagt 20 <210> 3 <211> 48 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> OmpC <400> 3 ggatccttat tacgggttgc ccgggcccat gtttttgttg aagtacta 48 <210> 4 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> OmpC-lithium binding peptide <400> 4 catatgatga aagttaaagt 20 <210> 5 <211> 63 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> OmpC-lithium binding peptide <400> 5 ggatccttat tacgggttgc ccgggcccgc tttcgccgcc gcttccgccg ggttgcccgg 60 gcc 63

Claims (14)

  1. 지지체 및 리튬 결합 펩티드가 표면에 발현된 미생물을 포함하고,
    상기 리튬 결합 펩티드가 표면에 발현된 미생물은 지지체에 고정화된 것인, 미생물 흡착제.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 지지체는 탄소 섬유, 세라믹 섬유, 금속 섬유, 폴리머 섬유 및 상기 섬유를 통해 직조되거나 짜여진 매트로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상인 것인, 미생물 흡착제.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 리튬 결합 펩티드는 서열번호 1인 것인, 미생물 흡착제.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 미생물은 대장균, 살모넬라 타이피, 살모넬라 타이피뮤리움, 비브리오 콜레라, 마이코박테리움 보비스, 시겔라, 바실러스, 유산균, 스테필로코커스, 코리네 박테리아, 리스테리아 모노싸이토제네스 및 스트랩코커스로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상인 것인, 미생물 흡착제.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 고정화는 실리카 가교를 형성하여 이루어지는 것인, 미생물 흡착제.
  6. a) 리튬 결합 펩티드가 표면에 발현된 미생물을 배양하는 단계;
    b) 상기 a) 단계의 배양된 미생물을 회수하여 인산완충식염수에 희석하는 단계;
    c) 상기 b) 단계의 희석된 미생물을 지지체에 흡착시키는 단계; 및
    d) 상기 c) 단계의 흡착된 미생물을 지지체에 고정화시키는 단계를 포함하는 미생물 흡착제 제조방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 d) 단계는 테트라메톡시실란(tetramethoxysilane) 용액 내로 지지체에 흡착된 미생물을 넣은 뒤, 테트라메톡시실란을 증발시켜 실리카 가교 결합을 형성시키는 단계인 것인, 미생물 흡착제 제조방법.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 b) 단계의 희석된 미생물의 농도는 OD600값이 10 내지 30인 것인, 미생물 흡착제 제조방법.
  9. 제 6항에 있어서,
    상기 리튬 결합 펩티드는 서열번호 1인 것인, 미생물 흡착제 제조방법.
  10. 제 6항에 있어서,
    상기 지지체는 탄소 섬유, 세라믹 섬유, 금속 섬유, 폴리머 섬유 및 상기 섬유를 통해 직조되거나 짜여진 매트로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상인 것인, 미생물 흡착제 제조방법.
  11. 지지체 및 리튬 결합 펩티드가 표면에 발현된 미생물을 포함하고, 상기 리튬 결합 펩티드가 표면에 발현된 미생물은 지지체에 고정화된 미생물 흡착제를 이용하여 폐수 또는 해수로부터 리튬 이온을 회수하는 방법.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 리튬 이온 회수는 적어도 1회 내지 10회 재사용할 수 있는 것인, 리튬 이온을 회수하는 방법.
  13. 제 11항에 있어서,
    상기 지지체는 탄소 섬유, 세라믹 섬유, 금속 섬유, 폴리머 섬유 및 상기 섬유를 통해 직조되거나 짜여진 매트로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 것인, 리튬 이온을 회수하는 방법.
  14. 제 11항에 있어서,
    상기 고정화는 실리카 가교를 형성하여 이루어지는 것인, 리튬 이온을 회수하는 방법.
KR1020180004636A 2018-01-12 2018-01-12 미생물 흡착제 및 이를 이용한 리튬의 연속 회수 방법 KR102073201B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180004636A KR102073201B1 (ko) 2018-01-12 2018-01-12 미생물 흡착제 및 이를 이용한 리튬의 연속 회수 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180004636A KR102073201B1 (ko) 2018-01-12 2018-01-12 미생물 흡착제 및 이를 이용한 리튬의 연속 회수 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20190086290A true KR20190086290A (ko) 2019-07-22
KR102073201B1 KR102073201B1 (ko) 2020-02-04

Family

ID=67469189

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180004636A KR102073201B1 (ko) 2018-01-12 2018-01-12 미생물 흡착제 및 이를 이용한 리튬의 연속 회수 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102073201B1 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20230158212A (ko) 2022-05-11 2023-11-20 한국과학기술연구원 자성 나노 구조체 및 미생물을 포함하는 희유금속 회수용 복합체 및 상기 복합체를 포함하는 희유금속 회수 시스템
WO2024092260A1 (en) * 2022-10-28 2024-05-02 Ecobiome Holdings, Llc Compositions and methods for biological production and harvest of lithium

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3524125B2 (ja) * 1993-09-30 2004-05-10 キヤノン株式会社 微生物固定化担体
KR20180056294A (ko) * 2016-11-18 2018-05-28 한국에너지기술연구원 리튬 흡착제 및 이의 제조 방법, 그리고 이를 사용한 리튬의 회수 방법

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3524125B2 (ja) * 1993-09-30 2004-05-10 キヤノン株式会社 微生物固定化担体
KR20180056294A (ko) * 2016-11-18 2018-05-28 한국에너지기술연구원 리튬 흡착제 및 이의 제조 방법, 그리고 이를 사용한 리튬의 회수 방법

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Critical Reviews in Microbiology, 2013, Vol. 41, No. 2, pp. 1-10 *
한국에너지기술연구원 연차 보고서, 2016 *
한국에너지기술연구원 연차 보고서, 2017 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20230158212A (ko) 2022-05-11 2023-11-20 한국과학기술연구원 자성 나노 구조체 및 미생물을 포함하는 희유금속 회수용 복합체 및 상기 복합체를 포함하는 희유금속 회수 시스템
WO2024092260A1 (en) * 2022-10-28 2024-05-02 Ecobiome Holdings, Llc Compositions and methods for biological production and harvest of lithium

Also Published As

Publication number Publication date
KR102073201B1 (ko) 2020-02-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Huber et al. Aquifex pyrophilus gen. nov. sp. nov., represents a novel group of marine hyperthermophilic hydrogen-oxidizing bacteria
US11230750B2 (en) Engineered microbes for rare earth element adsorption
WO2012020759A1 (ja) 変異型逆転写酵素
KR20190086290A (ko) 미생물 흡착제 및 이를 이용한 리튬의 연속 회수 방법
WO2004022728A1 (ja) 重金属吸着剤組成物
CN107473404B (zh) 一种自成型块状碳载体固定微生物的净水剂及其制备方法
Higuchi et al. Isolation and crystallization of high molecular weight cytochrome from Desulfovibrio valgaris Hildenborough
KR101540861B1 (ko) 양이온성 염료 및 금속에 흡착 효능을 갖는 바실러스 서브틸리스 jb-016 균주 및 이를 이용한 바이오매스
CN112029684A (zh) 一种适用于水下工程混凝土修复的矿化菌及其应用
CN111690583A (zh) 表达功能化淀粉样纤维的希瓦氏菌及其构建方法与应用
CN107446903B (zh) 一种具有3个最适pH的耐盐耐乙醇果胶酶及其基因
CN111676200B (zh) 一种耐盐细菌漆酶、重组载体、重组菌、酶制剂及其制备方法与应用
US8834953B2 (en) Method for preparing Ni-containing magnetic mesoporous silica whose surface strongly binds histidine-tagged protein, protein-binding material for degrading toxic aromatic compound comprising the magnetic mesoporous silica, and method for degrading toxic aromatic compound using the magnetic mesoporous silica
CN109433030A (zh) 一种氧化石墨烯量子点-磷酸银复合材料改性的反渗透复合膜的制备方法
CN107699567A (zh) 一种大腹园蛛包裹丝蛋白全长基因及其制备方法
KR101590337B1 (ko) 아미노클레이를 이용한 원핵 또는 진핵생물의 형질전환 방법
CN113699058A (zh) 一种耐盐耐热氨氧化细菌及分离方法和应用
CN107828777B (zh) 一种纳米氧化铜-聚乙烯醇基海绵材料固定化细菌的制备方法及应用
CN114716030B (zh) 一种球状水凝胶及其制备方法和应用
CN115058441B (zh) 利用细菌表面展示技术构建的重组菌株及其强化细胞固定化的方法
CN117487027B (zh) 一种多价纳米螯合肽及其应用
KR102487975B1 (ko) 우수한 전환 활성을 갖는 균체 고정화 비드 및 이의 제조방법
CN112239737B (zh) 一种海洋细菌及其在修复海洋重金属污染上的应用
CN115888439B (zh) 一种抗污除氯的进水隔网及其制备方法和应用
Naga et al. Purification and recycling of selenium in wastewater using polyacrylamide capsule containing selenate‐reducing bacterium

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant