KR20210104686A - 생물학적 잉크 및 코팅 및 관련 방법 - Google Patents
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Abstract
개시된 방법 및 관련 시스템 및 장치는 미생물 바이오매스로부터 안료를 생성하는 것에 관한 것이다. 안료는 조작된 흑색 안료일 수 있다. 상기 방법은 미생물 바이오매스가 탄화되는 열 처리 단계를 포함할 수 있다. 탄화된 상태 및 탄화 전 상태의 바이오매스는 화학적으로 및/또는 기계적으로 세척될 수 있다. 또 다른 단계에서, 바이오매스는 밀링 공정의 분쇄를 통해 분쇄된다. 분쇄/밀링은 공정의 임의의 다양한 지점에서 발생할 수 있다. 일부 구현예에서, 바이오매스는 0.01 내지 100 마이크론의 입자 크기를 갖는다.
Description
관련 출원(들)에 대한 교차 참조
본 출원은 2018년 11월 7일에 출원되고, "BIOLOGICAL INKS AND COATINGS AND ASSOCIATED METHODS, SYSTEMS AND DEVICES"를 제목으로 하는 미국 가출원 번호 62/756/968호에 대한 우선권을 주장하며, 이는 35 U.S.C. §119(e)에 따라 전체내용이 참조로서 본원에 포함된다.
기술 분야
본 발명에 개시된 기술은 일반적으로 미생물 바이오매스(biomass)로부터 안료 및 착색제의 생성에 관한 것이다.
안료 및 착색제는 연간 300억 달러 이상의 산업을 대표한다. 그러나 이들 조성물의 생성은 인간 건강 및 환경에 해를 끼칠 수 있는 독성 바이오제품(bioproduct)의 생성과 관련된다. 무독성 바이오매스로부터 안료를 생성하려는 이전의 시도는 대부분의 산업 분야에 적합하도록 충분히 작은 입자 크기를 생성하는 능력이 제한적이었다. 따라서, 산업적 필요에 적합한 지속 가능한 공급원으로부터 안료/착색제를 생성하는 방법이 당 분야에 필요하다.
미생물 바이오매스의 열 처리를 수행하여 탄화된(charred) 바이오매스를 형성시키고; 탄화된 바이오매스를 세척하고; 탄화된 바이오매스를 약 0.01 마이크론 내지 약 100 마이크론의 입자 크기로 분쇄하여 밀링된 마이크로브차르(microbechar)를 형성시킴으로써 미생물 바이오매스로부터 조작된 카본 블랙 안료를 생성시키기 위한 방법이 개시된다. 특정 양태에서, 미생물 바이오매스는 복수의 원핵생물 세포로 구성된다. 예시적 양태에서, 복수의 원핵생물 세포는 20 μm 미만의 평균 크기를 갖는다. 특정 구현에 따르면, 미생물 바이오매스는 탈색된 원핵생물 세포로 구성된다. 예시적 구현예에서, 탈색된 원핵생물 세포는 아르트로스피라(Arthrospira)이다.
특정 구현예에서, 상기 방법은 열 처리 단계 전에 미생물 바이오매스를 세척하는 단계를 추가로 포함한다. 구현에서, 세척 단계는 물 중에서 수행된다. 추가 구현에서, 세척은 산 세척이고, 예를 들어, 미생물 바이오매스는 1.5와 같은 산성 pH를 갖는 용액에서 인큐베이션된다. 예시적 구현에서, 산 세척 후에 하나 이상의 물 세척이 이어질 수 있다. 추가 구현에서, 산 세척 후에 염기성 용액에서의 세척이 이어지거나 이로 대체될 수 있다.
추가 양태에 따르면, 탄화된 바이오매스의 세척은 산 세척이다. 예시적 구현예에서, 산 세척은 약 2 미만으로 안정화된 pH를 갖는 용액에 탄화된 바이오매스를 침지시키는 것을 포함한다. 이들 구현의 예시적 구현예에서, 약 1분 내지 약 1시간의 시간 간격 동안 감소된 pH에서 탄화된 바이오매스. 추가 구현에서, 산 세척 후에는 산 세척 후에 탄화된 바이오매스를 물에서 세척하는 단계이다. 이들 구현의 예시적 양태에서, 산 세척 및 후속 물 세척은 다공성 마이크로바이오차르(microbiochar)를 생성한다.
특정 양태에 따르면, 분쇄 단계는 볼/미디어 밀(ball/media mill), 롱 갭 밀(long gap mill), 공기 분류, 제트 밀(jet mill), 3롤 밀(three roll mill), 바스켓 밀(basket mill), 크라이오 밀(cryo mill) 및 사이클론 밀(cyclone mill)로 구성된 군으로부터 선택되는 장치에 의해 수행된다. 특정 구현에서, 분쇄 단계는 조 크러셔(jaw crusher), 해머 밀(hammer mill), 소 밀(saw mill), 충격 건조기 밀(impact dryer mill), 과립기(granulator), 길로틴(guillotine), 충격 건조기 밀(impact dryer mill), 럼프 브레이커(lump breaker), 나이프 밀(knife mill), 핀 밀(pin mill), 롤러 크러셔(roller crusher), 로터리 밀(rotary mill), 진동 텀블러(vibratory tumbler) 또는 마그네틱 텀블러(magnetic tumbler)의 사용 없이 수행되고, 따라서 공정의 비용 및 복잡성을 감소시킨다. 특정한 대안적 구현예에서, 분쇄 단계는 암모니아 동결 폭발, 증기 가수분해 및 습식-산화로 구성된 군으로부터 선택되는 방법에 의해 수행된다.
예시적 구현예에서, 분쇄 단계는 밀링된 마이크로브차르의 평균 입자 크기 직경이 약 10 마이크론 미만이 될 때까지 수행된다.
약 0.01 마이크론 내지 약 100 마이크론의 입자 크기를 갖는 미생물 바이오매스로부터 유래된 탄화된 바이오매스를 포함하는 조작된 카본 블랙 안료가 본원에 추가로 개시된다.
다수의 구현예가 개시되지만, 본 발명의 개시의 또 다른 구현예는 개시된 장치, 시스템 및 방법의 예시적 구현예를 제시하고 설명하는 다음의 상세한 설명으로부터 당업자에게 명백해질 것이다. 알 수 있는 바와 같이, 개시된 장치, 시스템 및 방법은 모두 본 발명의 개시의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양한 명백한 양태에서 변형될 수 있다. 따라서, 도면 및 상세한 설명은 본질적으로 예시적인 것으로 간주되어야 하며, 제한적이지 않다.
도 1은 일 구현예에 따른 방법을 도시하는 흐름도이다.
도 2는 일 구현예에 따른 방법을 도시하는 흐름도이다.
도 3은 일 구현예에 따른 방법을 도시하는 흐름도이다.
도 4는 일 구현예에 따른 방법을 도시하는 흐름도이다.
도 5는 일 구현예에 따른 방법을 도시하는 흐름도이다.
도 6은 일 구현예에 따른 방법을 도시하는 흐름도이다.
도 7은 상이한 온도에서 열 처리에 적용된 탈색된 스피룰리나 기준선 TGA로부터의 안료 및 안료 분산액을 제조하기 전에 산 세척된 상이한 온도에서 열 처리에 적용된 탈색된 스피룰리나 기준선 TGA로부터의 안료를 도시한다.
도 8은 체질되지 않은 Earthrise Spirulina; 체질되지 않은 프리차르(prechar), 미세척 LinaX; 체질된 프리차르, 미세척 LinaX; 미세척 200℃ TGA LinaX; 미세척 300℃ TGA LinaX; 및 미세척 400℃ LinaX를 포함하는 탈색된 스피룰리나의 확대된 이미지를 제시한다.
도 9는 상이한 온도에서 열 처리에 적용된 탈지된 나노클로롭시스(nannochloropsis) 안료 및 안료 분산액을 제조하기 전에 산 세척된 상이한 온도에서 열 처리에 적용된 탈지된 나노클로롭시스 안료를 도시한다.
도 10은 체질된, 프리차르, 탈지 Qualitas; 탈지된, 200℃ TGA Qualitas, 탈지된, 300℃ TGA Qualitas; 탈지된, 400℃ TGA Qualitas; 탈지된, 500℃ TGA Qualitas; 탈지된, 600℃ TGA Qualitas; 및 탈지된, 700℃ TGA Qualitas를 포함하는 탈지된 나노클로롭시스의 확대된 이미지를 제시한다.
도 11은 Bamboo char, Wakefield biochar, Cool planet, Biochar Now, 및 LinaX로부터의 미세척, 산 세척 및 염기 세척 안료의 이미지를 제시한다.
도 12는 Biochar Now, bamboo, Cool planet, Wakefield, LinaX의 미세척 상업용 바이오차르 및 산 세척된 상업용 바이오차르로부터의 안료의 이미지를 제시한다.
도 13은 5분 동안 허브 그라인더로 분쇄된 미세척 Cool Plant; 4분 동안 허브 그라인더로 분쇄된 미세척 SEEK Bamboo; 2분 동안 유발과 유봉으로 분쇄된 미세척 Wakefield Biochar; 산 세척된 Wakefield Biochar; 미세척 Biochar Now; 및 산 세척된 Biochar Now의 확대된 이미지를 제시한다.
도 14는 200℃ 및 500℃에서의 처리 후 E. 콜리, 효모, 스피룰리나, 나노클로롭시스 및 클로렐라로부터의 안료를 제시한다.
도 15는 200℃ 및 500℃에서의 처리 후 소나무 톱밥으로부터의 안료를 제시한다.
도 16은 200℃에서의 처리 및 500℃에서의 처리 후 E. 콜리 프리차르의 확대된 이미지, 및 200℃에서의 처리 및 500℃에서의 처리 후 효모 프리차르의 확대된 이미지를 제시한다.
도 17은 200℃에서의 처리 및 500℃에서의 처리 후 나노클로롭시스 프리차르의 확대된 이미지, 및 200℃에서의 처리 및 500℃에서의 처리 후 클로렐라 프리차르의 확대된 이미지를 제시한다.
도 18은 200℃에서의 처리 및 500℃에서의 처리 후 스피룰리나 프리차르의 확대된 이미지, 및 200℃에서의 처리 및 500℃에서의 처리 후 소나무 톱밥 프리차르의 확대된 이미지를 제시한다.
도 19는 WC 나노(nanno), 탈지된 Qualitas 및 탈지된 Qualitas 탈단백질화에 대한 200℃에서 처리된 나노클로롭시스의 잔류 바이오매스; WC 나노클로롭시스, 탈지된 Qualitas 및 탈지된 Qualitas 탈단백질화에 대한 500℃에서 처리된 나노클로롭시스의 잔류 바이오매스; 물로 사전 세척되고, 산으로 사전 세척되고, 산 및 물로 사전 세척된 WC 스피룰리나에 대한 200℃에서 처리된 스피룰리나의 잔류 바이오매스; 물로 사전 세척되고, 산으로 사전 세척되고, 산 및 물로 사전 세척된 WC 스피룰리나에 대한 500℃에서 처리된 스피룰리나의 잔류 바이오매스로부터의 안료를 제시한다.
도 20은 프리차르, 탈지된 Qualitas; 200℃, 탈지된 Qualitas; 500℃, 탈지된 Qualitas; 프리차르, 탈단백질화 Qualitas; 200℃, 탈단백질화 Qualitas; 및 500℃, 탈단백질화 Qualitas의 확대된 이미지를 제시한다.
도 21은 물로 사전 세척되고, 200℃, 300℃ 및 500℃에서 처리된 탈색된 스피룰리나; 산으로 사전 세척되고, 200℃, 300℃ 및 500℃에서 처리된 탈색된 스피룰리나; 및 산 및 물로 사전 세척되고, 200℃, 300℃ 및 500℃에서 처리된 탈색된 스피룰리나로부터의 안료의 이미지를 제시한다.
도 22는 산으로 사전 세척되고, 500℃에서 처리되고; 산 및 물로 사전 세척되고, 500℃에서 처리되고; 산으로 사전 세척되고, 500℃에서 처리되고, 산으로 사후 세척되고; 물로 사전 세척되고, 500℃에서 처리되고; 물로 사전 세척되고, 500℃에서 처리되고, 산으로 사후 세척된 탈색된 스피룰리나로부터의 안료의 이미지를 제시한다.
도 23은 WC 스피룰리나, 물로 사전 세척된 스피룰리나, 산으로 사전 세척된 스피룰리나, 및 산 및 물로 사전 세척되고 200℃에서 처리된 스피룰리나로부터의 안료, 및 WC 스피룰리나, 물로 사전 세척된 스피룰리나, 산으로 사전 세척된 스피룰리나, 및 산 및 물로 사전 세척되고 500℃에서 처리된 스피룰리나로부터의 안료의 이미지를 제시한다.
도 24는 탈색된 스피룰리나; 물로 사전 세척된 LinaX 프리차르; 물로 사전 세척된 LinaX, 및 200℃ TGA; 물로 사전 세척된 LinaX, 및 300℃ TGA; 및 물로 사전 세척된 LinaX, 및 500℃ TGA의 확대된 이미지를 제시한다.
도 25는 탈색된 스피룰리나; 산으로 사전 세척된 LinaX 프리차르; 산으로 사전 세척된 LinaX, 및 200℃ TGA; 산으로 사전 세척된 LinaX, 및 300℃ TGA; 및 산으로 사전 세척되고, 분쇄된 LinaX, 및 500℃ TGA의 확대된 이미지를 제시한다.
도 26은 탈색된 스피룰리나; 물 및 산으로 사전 세척된 LinaX 프리차르; 물 및 산으로 사전 세척된 LinaX, 및 200℃ TGA; 물 및 산으로 사전 세척된 LinaX, 및 300℃ TGA; 및 물 및 산으로 사전 세척되고, 분쇄된 LinaX, 및 500℃ TGA의 확대된 이미지를 제시한다.
도 27은 Printex 300 Carbon Black, 산 세척된 ETIA 및 미세척 ETIA로부터의 안료를 제시한다.
도 28은 Q로부터의 미세척(12 μm), 산 세척(10 μm) 및 산 세척(7.5-5 μm) 안료를 제시한다. 500℃ 처리 후 탈지되었다.
도 2는 일 구현예에 따른 방법을 도시하는 흐름도이다.
도 3은 일 구현예에 따른 방법을 도시하는 흐름도이다.
도 4는 일 구현예에 따른 방법을 도시하는 흐름도이다.
도 5는 일 구현예에 따른 방법을 도시하는 흐름도이다.
도 6은 일 구현예에 따른 방법을 도시하는 흐름도이다.
도 7은 상이한 온도에서 열 처리에 적용된 탈색된 스피룰리나 기준선 TGA로부터의 안료 및 안료 분산액을 제조하기 전에 산 세척된 상이한 온도에서 열 처리에 적용된 탈색된 스피룰리나 기준선 TGA로부터의 안료를 도시한다.
도 8은 체질되지 않은 Earthrise Spirulina; 체질되지 않은 프리차르(prechar), 미세척 LinaX; 체질된 프리차르, 미세척 LinaX; 미세척 200℃ TGA LinaX; 미세척 300℃ TGA LinaX; 및 미세척 400℃ LinaX를 포함하는 탈색된 스피룰리나의 확대된 이미지를 제시한다.
도 9는 상이한 온도에서 열 처리에 적용된 탈지된 나노클로롭시스(nannochloropsis) 안료 및 안료 분산액을 제조하기 전에 산 세척된 상이한 온도에서 열 처리에 적용된 탈지된 나노클로롭시스 안료를 도시한다.
도 10은 체질된, 프리차르, 탈지 Qualitas; 탈지된, 200℃ TGA Qualitas, 탈지된, 300℃ TGA Qualitas; 탈지된, 400℃ TGA Qualitas; 탈지된, 500℃ TGA Qualitas; 탈지된, 600℃ TGA Qualitas; 및 탈지된, 700℃ TGA Qualitas를 포함하는 탈지된 나노클로롭시스의 확대된 이미지를 제시한다.
도 11은 Bamboo char, Wakefield biochar, Cool planet, Biochar Now, 및 LinaX로부터의 미세척, 산 세척 및 염기 세척 안료의 이미지를 제시한다.
도 12는 Biochar Now, bamboo, Cool planet, Wakefield, LinaX의 미세척 상업용 바이오차르 및 산 세척된 상업용 바이오차르로부터의 안료의 이미지를 제시한다.
도 13은 5분 동안 허브 그라인더로 분쇄된 미세척 Cool Plant; 4분 동안 허브 그라인더로 분쇄된 미세척 SEEK Bamboo; 2분 동안 유발과 유봉으로 분쇄된 미세척 Wakefield Biochar; 산 세척된 Wakefield Biochar; 미세척 Biochar Now; 및 산 세척된 Biochar Now의 확대된 이미지를 제시한다.
도 14는 200℃ 및 500℃에서의 처리 후 E. 콜리, 효모, 스피룰리나, 나노클로롭시스 및 클로렐라로부터의 안료를 제시한다.
도 15는 200℃ 및 500℃에서의 처리 후 소나무 톱밥으로부터의 안료를 제시한다.
도 16은 200℃에서의 처리 및 500℃에서의 처리 후 E. 콜리 프리차르의 확대된 이미지, 및 200℃에서의 처리 및 500℃에서의 처리 후 효모 프리차르의 확대된 이미지를 제시한다.
도 17은 200℃에서의 처리 및 500℃에서의 처리 후 나노클로롭시스 프리차르의 확대된 이미지, 및 200℃에서의 처리 및 500℃에서의 처리 후 클로렐라 프리차르의 확대된 이미지를 제시한다.
도 18은 200℃에서의 처리 및 500℃에서의 처리 후 스피룰리나 프리차르의 확대된 이미지, 및 200℃에서의 처리 및 500℃에서의 처리 후 소나무 톱밥 프리차르의 확대된 이미지를 제시한다.
도 19는 WC 나노(nanno), 탈지된 Qualitas 및 탈지된 Qualitas 탈단백질화에 대한 200℃에서 처리된 나노클로롭시스의 잔류 바이오매스; WC 나노클로롭시스, 탈지된 Qualitas 및 탈지된 Qualitas 탈단백질화에 대한 500℃에서 처리된 나노클로롭시스의 잔류 바이오매스; 물로 사전 세척되고, 산으로 사전 세척되고, 산 및 물로 사전 세척된 WC 스피룰리나에 대한 200℃에서 처리된 스피룰리나의 잔류 바이오매스; 물로 사전 세척되고, 산으로 사전 세척되고, 산 및 물로 사전 세척된 WC 스피룰리나에 대한 500℃에서 처리된 스피룰리나의 잔류 바이오매스로부터의 안료를 제시한다.
도 20은 프리차르, 탈지된 Qualitas; 200℃, 탈지된 Qualitas; 500℃, 탈지된 Qualitas; 프리차르, 탈단백질화 Qualitas; 200℃, 탈단백질화 Qualitas; 및 500℃, 탈단백질화 Qualitas의 확대된 이미지를 제시한다.
도 21은 물로 사전 세척되고, 200℃, 300℃ 및 500℃에서 처리된 탈색된 스피룰리나; 산으로 사전 세척되고, 200℃, 300℃ 및 500℃에서 처리된 탈색된 스피룰리나; 및 산 및 물로 사전 세척되고, 200℃, 300℃ 및 500℃에서 처리된 탈색된 스피룰리나로부터의 안료의 이미지를 제시한다.
도 22는 산으로 사전 세척되고, 500℃에서 처리되고; 산 및 물로 사전 세척되고, 500℃에서 처리되고; 산으로 사전 세척되고, 500℃에서 처리되고, 산으로 사후 세척되고; 물로 사전 세척되고, 500℃에서 처리되고; 물로 사전 세척되고, 500℃에서 처리되고, 산으로 사후 세척된 탈색된 스피룰리나로부터의 안료의 이미지를 제시한다.
도 23은 WC 스피룰리나, 물로 사전 세척된 스피룰리나, 산으로 사전 세척된 스피룰리나, 및 산 및 물로 사전 세척되고 200℃에서 처리된 스피룰리나로부터의 안료, 및 WC 스피룰리나, 물로 사전 세척된 스피룰리나, 산으로 사전 세척된 스피룰리나, 및 산 및 물로 사전 세척되고 500℃에서 처리된 스피룰리나로부터의 안료의 이미지를 제시한다.
도 24는 탈색된 스피룰리나; 물로 사전 세척된 LinaX 프리차르; 물로 사전 세척된 LinaX, 및 200℃ TGA; 물로 사전 세척된 LinaX, 및 300℃ TGA; 및 물로 사전 세척된 LinaX, 및 500℃ TGA의 확대된 이미지를 제시한다.
도 25는 탈색된 스피룰리나; 산으로 사전 세척된 LinaX 프리차르; 산으로 사전 세척된 LinaX, 및 200℃ TGA; 산으로 사전 세척된 LinaX, 및 300℃ TGA; 및 산으로 사전 세척되고, 분쇄된 LinaX, 및 500℃ TGA의 확대된 이미지를 제시한다.
도 26은 탈색된 스피룰리나; 물 및 산으로 사전 세척된 LinaX 프리차르; 물 및 산으로 사전 세척된 LinaX, 및 200℃ TGA; 물 및 산으로 사전 세척된 LinaX, 및 300℃ TGA; 및 물 및 산으로 사전 세척되고, 분쇄된 LinaX, 및 500℃ TGA의 확대된 이미지를 제시한다.
도 27은 Printex 300 Carbon Black, 산 세척된 ETIA 및 미세척 ETIA로부터의 안료를 제시한다.
도 28은 Q로부터의 미세척(12 μm), 산 세척(10 μm) 및 산 세척(7.5-5 μm) 안료를 제시한다. 500℃ 처리 후 탈지되었다.
범위는 본원에서 "약" 하나의 특정 값, 및/또는 "약" 또 다른 특정 값으로 표현될 수 있다. 상기 범위가 표현되는 경우, 추가 양태는 하나의 특정 값으로부터 및/또는 다른 특정 값까지를 포함한다. 유사하게, 앞에 "약"을 이용하여 값이 근사치로 표현되는 경우, 특정 값이 추가 양태를 형성하는 것이 이해될 것이다. 각각의 범위의 종점은 다른 종점과 관련하여 그리고 다른 종점과 독립적으로 모두 중요하다는 것이 추가로 이해될 것이다. 본원에 개시된 다수의 값이 존재하고, 각각의 값은 또한 본원에서 그 값 자체에 더하여 그 특정 값에 대해 "약"으로 개시되는 것이 또한 이해된다. 예를 들어, 값 "10"이 개시되면, "약 10"이 또한 개시된다. 또한, 2개의 특정 단위 사이의 각각의 단위가 또한 개시되는 것이 이해된다. 예를 들어, 10 및 15가 개시되면, 11, 12, 13 및 14가 또한 개시된다.
조성물 내의 특정 요소 또는 성분의 중량부에 대한 본 명세서 및 결론 청구범위에서의 언급은 중량부가 표현되는 조성물 또는 물품에서 요소 또는 성분과 임의의 다른 요소 또는 성분 사이의 중량 관계를 나타낸다. 따라서, 2 중량부의 성분 X 및 5중량부의 성분 Y를 함유하는 조성물에서, X 및 Y는 2:5의 중량부로 존재하며, 추가 성분이 상기 화합물에 함유되는지의 여부에 관계 없이 상기 비율로 존재한다.
특별히 달리 언급되지 않는 한, 성분의 중량 백분율(wt. %)은 성분이 포함된 제형 또는 조성물의 전체 중량을 기준으로 한다.
본원에서 사용되는 용어 "선택적" 또는 "선택적으로"는 후속적으로 설명되는 사건 또는 상황이 발생할 수 있거나 발생할 수 없음을 의미하고, 상기 설명이 상기 사건 또는 환경이 발생하는 경우 및 발생하지 않는 경우를 포함하는 것을 의미한다.
미생물 바이오매스의 열 처리를 수행하여 탄화된 바이오매스를 형성시키고; 탄화된 바이오매스를 세척하고; 탄화된 바이오매스를 약 0.01 마이크론 내지 약 100 마이크론의 입자 크기로 분쇄하여 밀링된 마이크로브차르를 형성시킴으로써 미생물 바이오매스로부터 조작된 카본 블랙 안료를 생성시키기 위한 방법이 개시된다. 특정 양태에서, 미생물 바이오매스는 복수의 원핵생물 세포로 구성된다. 예시적 양태에서, 복수의 원핵생물 세포는 20 μm 미만의 평균 크기를 갖는다. 특정 구현에 따르면, 미생물 바이오매스는 탈색된 원핵생물 세포로 구성된다. 예시적 구현예에서, 탈색된 원핵생물 세포는 아르트로스피라이다.
특정 구현예에서, 상기 방법은 열 처리 단계 전에 미생물 바이오매스를 세척하는 단계를 추가로 포함한다. 구현에서, 세척 단계는 물 중에서 수행된다. 추가 구현에서, 세척은 산 세척이고, 예를 들어, 미생물 바이오매스는 1.5와 같은 산성 pH를 갖는 용액에서 인큐베이션된다. 예시적 구현에서, 산 세척 후에 하나 이상의 물 세척이 이어질 수 있다. 추가 구현에서, 산 세척 후에 염기성 용액에서의 세척이 이어지거나 이로 대체될 수 있다.
특정 양태에서, 미생물 바이오매스는 열 처리 단계 전에 건조된다. 예시적 구현에서, 미생물 바이오매스는 열 처리 단계 전에 약 주위 온도 내지 약 300℃의 온도에서 건조된다. 특정 구현에서, 열 처리 단계는 약 1초 내지 약 24시간의 시간 간격 동안 수행된다. 예시적 구현에서, 시간 간격은 약 5분 내지 약 40분이다. 추가 구현에서, 시간 간격은 약 10분이다.
특정 구현에서, 열 처리 단계는 미리 결정된 종점에 도달할 때까지 수행된다. 예시적 구현예에서, 열 처리 단계는 탄화된 바이오매스가 약 20% 내지 약 75%의 고정된 탄소로 구성될 때까지 수행된다. 추가 구현예에서, 열 처리 단계는 탄화 바이오매스 내의 공업분석(proximate) 휘발성 물질의 수준이 약 25% 미만이 될 때까지 수행된다. 또 다른 추가 구현예에서, 열 처리 단계는 탄화 바이오매스 내의 산소의 농도가 약 20% 미만이 될 때까지 수행된다. 또 다른 추가 구현예에서, 열 처리 단계는 산소 농도가 약 10% 미만이 될 때까지 수행된다. 또 다른 추가 구현예에서, 열 처리 단계는 탄화 바이오매스 내의 회분의 농도가 약 20% 미만이 될 때까지 수행된다. 추가 구현에 따르면, 열 처리 단계의 종점은 탄화된 바이오매스가 미리 결정된 고정 탄소 대 산소의 비율을 갖는 경우에 달성된다. 이들 구현예의 예시적 구현에서, 열 처리 종점은 탄화된 바이오매스의 원소분석(ultimate) 산소 대 원소분석 탄소 비율이 약 0.30 산소 대 탄소(예를 들어, 원소분석 산소 3부 대 원소분석 탄소 10부) 미만인 경우에 도달된다.
추가 양태에 따르면, 탄화된 바이오매스의 세척은 산 세척이다. 예시적 구현예에서, 산 세척은 약 2 미만으로 안정화된 pH를 갖는 용액에 탄화된 바이오매스를 침지시키는 것을 포함한다. 이들 구현의 예시적 구현예에서, 약 1분 내지 약 1시간의 시간 간격 동안 감소된 pH에서 탄화된 바이오매스. 추가 구현에서, 산 세척 후에는 산 세척 후에 탄화된 바이오매스를 물에서 세척하는 단계이다. 이들 구현의 예시적 양태에서, 산 세척 및 후속 물 세척은 다공성 마이크로바이오차르를 생성한다.
특정 양태에 따르면, 분쇄 단계는 볼/미디어 밀, 롱 갭 밀, 공기 분류, 제트 밀, 3롤 밀, 바스켓 밀, 크라이오 밀 및 사이클론 밀로 구성된 군으로부터 선택되는 장치에 의해 수행된다. 특정 구현에서, 분쇄 단계는 조 크러셔, 해머 밀, 소 밀, 충격 건조기 밀, 과립기, 길로틴, 충격 건조기 밀, 럼프 브레이커, 나이프 밀, 핀 밀, 롤러 크러셔, 로터리 밀, 진동 텀블러 또는 마그네틱 텀블러의 사용 없이 수행되고, 따라서 공정의 비용 및 복잡성을 감소시킨다. 특정한 대안적 구현예에서, 분쇄 단계는 암모니아 동결 폭발, 증기 가수분해 및 습식-산화로 구성된 군으로부터 선택되는 방법에 의해 수행된다.
예시적 구현예에서, 분쇄 단계는 밀링된 마이크로브차르의 평균 입자 크기 직경이 약 10 마이크론 미만이 될 때까지 수행된다.
밀링된 마이크로브차르는 본원에 개시된 방법에 따라 다양한 다운스트림 적용을 위해 추가로 처리되거나 변형될 수 있다.
미생물 바이오매스
본원에 개시되거나 고려되는 다양한 구현예는 잉크, 코팅 및/또는 착색제로서 식물 세포, 박테리아 및 광합성 미생물을 포함하는 독립영양성 및/또는 종속영양성 바이오매스의 사용에 관한 것이다. 천연 유래, 조작 및/또는 가공된 세포를 이용하여 특정 색소화/착색 세포/배양물을 획득할 수 있다. 특정 구현은 잉크 및 다른 제형 내에서 착색제 대체물로서 작용하는 부분적 또는 전체 세포의 사용에 관한 것으로 따라서 세포로부터 착색된 분자의 추출이 필요하지 않다.
특정 구현에서, 미생물 바이오매스는 복수의 원핵생물 세포로 구성된다. 예시적 양태에서, 복수의 원핵생물 세포는 20 μm 미만의 평균 단일 세포 크기를 갖는다. 특정 구현에 따르면, 미생물 바이오매스는 탈색된 원핵생물 세포로 구성된다. 예시적 구현예에서, 탈색된 원핵생물 세포는 아르트로스피라이다.
다양한 구현은 박테리아, 조류 및 시아노박테리아의 콜로니 형성 유형을 이용한다. 다양한 구현에서, 잉크의 제형은 100 마이크론 미만의 응집체 직경을 갖는다. 본 발명의 개시의 일 양태는 안료 부분이 약 0.01-100 마이크론인 구현에 관한 것이다. 이러한 크기는 안료 입자의 양을 증가시켜 허용되는 밀도로 분산시켜 어두운 색을 획득할 수 있음이 이해된다. 다양한 구현에서, 0.01-100 마이크론 크기는 여러 방식으로 달성될 수 있다. 특정 구현에서, 크기는 적절한 크기의 생물학적 세포를 성장시킴으로써 달성될 수 있다. 대안적 구현에서, 크기는 세포 또는 세포 응집체를 정확한 크기(0.01-100 마이크론)로 분쇄함으로써 달성될 수 있다. 또 다른 구현에서, 직경이 0.01-100 마이크론인 세포뿐만 아니라 응집체의 분쇄 둘 모두가 사용될 수 있다.
특정 구현에 따르면, 미생물 바이오매스는 복수의 미생물 세포로 구성된다. 개시된 미생물 방법에 적합한 미생물 세포는 미세조류, 조류, 거대조류, 시아노박테리아, 진균 및 박테리아를 포함하는 종속영양성, 독립영양성, 혼합영양성 또는 극한생물(extremophillic) 미생물을 포함한다. 특정 구현에서, 복수의 세포는 전술한 것의 혼합물이다. 특정 구현예에 따르면, 복수의 미생물 세포를 포함하는 미생물은 시네코시스티스(Synechocystis) PCC 6803, 시네코코커스(Synechococcus) PCC 6717, 시네코코커스 PCC 6301, 시네코코커스 IU 625, 시네코코커스 PCC 6312, 시네코코커스 엘론가투스(Synechococcus elongatus) PCC 7942, 노스톡 종(Nostoc sp.), 시네코코커스 6911, 시네코코커스 레오폴리엔시스(Synechococcus leopoliensis), 플랑크토락스 루베센스(plankthorax rubescens), 시네코코커스 PCC 7002, 아르토스피라 플라텐시스(Arthospira platensis) PCC 7345, 헤마토코커스 플루바일리스(Haematococcus pluvailis), 나비쿨라 펠리쿨로사(Navicula pelliculosa), 크립토모나스 에로사(Cryptomonas erosa), 로도모나스 미누타(Rhodomonas minuta), 포르피리디움 푸르푸레움(Porphyridium purpureum), 파에오닥틸룸 트리코르누툼(Phaeodactylum tricornutum), 나노클로롭시스 종(Nannochloropsis sp.), 시네코시스티스 종(Synechocystis sp.), 시네코코커스 종(Synechococcus sp.), 노스톡 종, 플랑크토락스 종(plankthorax sp.), 아르토스피라 종(Arthospira sp.), 헤마토코커스 종(Haematococcus sp.), 나비쿨라 종(Navicula sp.), 크립토모나스 종(Cryptomonas sp.), 로도모나스 종(Rhodomonas sp.), 포르피리디움 종(Porphyridium sp.), 파에오닥틸룸 종(Phaeodactylum sp.), 나노클로롭시스 종, 볼복스 종(Volvox sp.), 아나베나 종(Anabena sp.), 클로렐라 종(Chlorella sp.), 유글레나 종(Euglena sp.), 아크난테스 종(Achnantes sp.), 보트리오코커스 종(Botryococcus sp.), 카에토세로스 종(Chaetoceros sp.), 크로오코커스 종(Chroococcus sp.), 코스마리움 종(Cosmarium sp.), 미크로시스티스 종(Microcystis sp.), 미크로스포라 종(Microspora sp.), 페디아스트룸 종(Pediastrum sp.), 세네데스무스 종(Scenedesmus sp.), 스피로기라 종(Spirogyra sp.), 스피룰리나 종(Spirulina sp.), 지그네마 종(Zygnema sp.), 클로로비움 종(Chlorobium sp.), 에스케리키아 종(Escherichia sp.), 스피릴룸 종(Spirillum sp.), 크로모박테리움 종(Chromobacterium sp.), 잔티노박테리움 종(Janthinobacterium sp.), 스트렙토마이세스 종(Streptomyces sp.), 잔토모나스 종(Xanthomonas sp.), 사르시나 종(Sarcina sp.), 세라티아 종(Serratia sp.), 리조비움 종(Rhizobium sp.), 프레보텔라 종(Prevotela sp.), 악티노마이세스 종(Actinomyces sp.), 스태필로코커스 종(Staphylococcus sp.), 프로테우스 종(Proteus sp.), 미크로코커스 종(Micrococus sp.), 루가모나스 종(Rugamonas sp.), 슈도모나스 종(Pseudomonas sp.), 헬리코박터 종(Helicobacter sp.), 사카로마이세스 종(Saccharomyces sp.), 칸디다 종(Candida sp.), 류코스포리디움 종(Leucosporidium sp.), 로도토룰라 종(Rhodotorula sp.), 스키조사카로마이세스 종(Schizosaccharomyces sp.), 데커 종(Dekker sp.), 브레타노마이세스 종(Brettanomyces sp.), 시네코시스티스 종, 시네코코커스 종, 노스톡 종, 플랑크토락스 종, 아르토스피라 종, 헤마토코커스 종, 나비쿨라 종, 크립토모나스 종, 로도모나스 종, 포르피리디움 종, 파에오닥틸룸 종, 나노클로롭시스 종, 볼복스 종, 아나베나 종, 클로렐라 종, 유글레나 종, 아크난테스 종, 보트리오코커스 종, 카에토세로스 종, 크로오코커스 종, 코스마리움 종, 미크로시스티스 종, 미크로스포라 종, 페디아스트룸 종, 세네데스무스 종, 스피로기라 종, 스피룰리나 종, 지그네마 종, 클로로비움 종, 에스케리키아 종, 스피릴룸 종, 크로모박테리움 종, 잔티노박테리움 종, 스트렙토마이세스 종, 잔토모나스 종, 사르시나 종, 세라티아 종, 리조비움 종, 프레보텔라 종, 악티노마이세스 종, 스태필로코커스 종, 프로테우스 종, 미크로코코스 종, 루가모나스 종, 슈도모나스 종, 헬리코박터 종, 사카로마이세스 종, 칸디다 종, 류코스포리디움 종, 로도토룰라 종, 스키조사카로마이세스 종, 데커 종, 및 브레타노마이세스 종으로부터 선택되는 하나 이상이다. 당업자는 다른 미생물이 가능하다는 것을 인지할 것이다.
특정 구현예에 따르면, 온전한 미생물 세포 각각의 직경은 약 100 마이크론 미만이다. 이들 구현예의 특정 구현에 따르면, 미생물은 헤마토코커스, 유글레나 및/또는 오돈텔라 종(Odontella sp.)이다.
추가 구현에 따르면, 온전한 미생물 세포 각각의 직경은 약 10 마이크론 미만이다. 이들 구현예의 특정 구현에 따르면, 미생물은 플랑크토락스 종, 아르토스피라 종, 시네코시스티스 종, 시네코코커스 종, 노스톡 종, 플랑크토락스 종, 아르토스피라 종, 헤마토코커스 종, 나비쿨라 종, 크립토모나스 종, 로도모나스 종, 포르피리디움 종, 파에오닥틸룸 종, 나노클로롭시스 종, 아크난테스 종, 보트리오코커스 종, 카에토세로스 종, 크로오코커스 종, 코스마리움 종, 미크로시스티스 종, 미크로스포라 종, 페디아스트룸 종, 세네데스무스 종, 스피로기라 종, 스피룰리나 종, 지그네마 종, 클로로비움 종, 에스케리키아 종, 스피릴룸 종, 크로모박테리움 종, 잔티노박테리움 종, 스트렙토마이세스 종, 잔토모나스 종, 사르시나 종, 세라티아 종, 리조비움 종, 프레보텔라 종, 악티노마이세스 종, 스태필로코커스 종, 프로테우스 종, 미크로코커스 종, 루가모나스 종, 슈도모나스 종, 헬리코박터 종, 사카로마이세스 종, 칸디다 종, 류코스포리디움 종, 로도토룰라 종, 스키조사카로마이세스 종, 데커 종, 브레타노마이세스 종, 락토바실러스 종, 피로코커스 종(Pyrococcus sp.), 코리네박테리움 종(Corynebacterium sp.), 아스퍼질루스 종(Aspergillus sp.), 바실러스 종(Bacillus sp.), 스트렙토코커스 종(Streptococcus sp.), 아세토박터 종(Acetobacter sp.), 클로스트리디움 종(Clostridium sp.), 트리코더마 종(Trichoderma sp.), 페니실리움 종(Penicillium sp.), 프로클로로코커스 종(Prochlorococcus sp.), 아나베나 종, 클로렐라 종, 써모시네코코커스 종(Thermosynechococcus sp.), 클라미도모나스 종(Chlamydomonas sp.), 글로에오카프사 종(Gloeocapsa sp.), 아나바에노프시스 종(Anabaenopsis sp.), 칼로트릭스 종(Calothrix sp.), 오실라토리아 종(Oscillatoria sp.), 글로에박터 종(Gloebacter sp.), 시아니디오쉬존 종( Cyanidioschyzon sp.), 크립테코디니움 종(Crypthecodinium sp.), 및/또는 갈디에리아 종(Galdieria sp.) 중 하나 이상일 수 있다.
특정 구현예에서, 미생물 바이오매스를 포함하는 복수의 미생물 세포는 온전한 전세포 미생물로 구성된다. 대안적 구현예에서, 미생물 바이오매스는 파괴된 미생물 세포로 구성된다(예를 들어, 세포벽 및/또는 세포막의 온전성이 파괴되었다). 이들 구현예의 특정 양태에서, 미생물 바이오매스는 파괴된 미생물 세포 성분으로 구성된다. 이들 구현예의 특정 구현에 따르면, 하나 이상의 미생물 성분이 미생물 바이오매스로부터 고갈된다. 예시적 구현에서, 지질, 아미노산, 미네랄 및/또는 착색제 분자는 미생물 바이오매스로부터 고갈된다.
특정 구현예에서, 복수의 미생물 세포는 착색제가 고갈되었지만, 그렇지 않으면 세포는 그대로 유지된다.
미생물 바이오매스의 정제
일 양태에서, 미생물 바이오매스는 정제 단계를 겪는다. 특정 구현에서, 정제 단계는 미생물 바이오매스로부터 성장 배지를 제거한다. 추가 구현에 따르면, 정제 단계는 내부 세포 성분을 제거하는 것을 추가로 포함한다. 특정 구현예에 따르면, 내부 세포 성분은 지질, 아미노산, 미네랄 및 착색제 분자 중 하나 이상이다. 특정 구현예에서, 제거되는 세포 성분은 전술한 것의 조합이다.
특정 양태에 따르면, 내부 세포 성분은 단독으로 또는 화학적 세척 공정과 함께 기계적 세척에 의해 제거된다. 특정한 대안적 구현예에서, 화학적 세척은 기계적 세척 없이 수행될 수 있다. 특정 양태에서, 정제 단계는 본원에 개시된 임의의 처리 단계로부터 생성된 성장 배지 및/또는 용액의 염 및 다른 성분을 제거한다. 예시적 구현예에서, 세포 성장 환경, 세포 농축물, 세포 용액 및/또는 세포 분말 내에서 발견되는 오염물 또는 원치 않는 물질은 정제 단계를 통해 제거된다.
특정 양태에서, 화학적 세척 단계는 산 용액(예를 들어, 염산, 포름산, 아세트산, 인산), 물, 및/또는 인산염 완충 식염수로 미생물 바이오매스를 세척하는 것을 포함한다.
특정 양태에서, 정제 단계는 바이오매스를 액체로 헹구고 바이오매스를 약 1분 내지 약 24시간의 기간 동안 인큐베이션하는 것을 추가로 포함한다. 특정 구현에서, 세척 액체는 수성, 유기 또는 이온 기반 액체이다.
이들 구현예의 예시적 양태에서, 바이오매스는 약 -30℃ 내지 약 300℃의 온도에서 인큐베이션된다.
이들 구현예의 특정한 예시적 양태에서, 미생물 바이오매스는 인산 세척으로 처리된다(이후, 1M 인산에 분산되고, 70℃에서 1시간 동안 교반되는 동안 분해(용해된다. 그 후, 열이 제거되고, 현탁액이 추가 시간 간격 동안 주위 실온에서 혼합된다. 예시적 구현예에서, 시간 간격은 약 24시간이다. 이들 구현예에 따르면, 장기 실온 분해는 미네랄 불순물을 가용화시키며, 이는 이후 탈이온수(DI)를 사용하여 여과되고 세척된다).
또 다른 추가 구현예에 따르면, 정제 공정은 세제 용액으로 바이오매스를 헹구는 것을 추가로 포함한다.
또 다른 추가 구현예에 따르면, 정제 단계는 미생물 바이오매스의 초음파처리를 추가로 포함한다.
사전 열 처리 세척
특정 구현에서, 미생물 바이오매스는 열 처리 전에 세척된다. 이러한 세척 단계는 전술한 정제 단계에 추가되거나, 특정 구현에서 전술한 정제 단계를 대신할 수 있다. 특정 구현에서, 사전 열 세척 단계가 수행되지 않는다. 특정 구현예에 따르면, 세척은 산 세척이다(예를 들어, HCl을 사용한 pH 1.5). 추가 구현예에서, 산 세척 후에 물에서의 하나 이상의 세척이 이어진다. 특정 구현에서, 산은 다음 절차에 따라 수행될 수 있다: 탄화된 바이오매스는 산(예를 들어, 1% 무리아트산(500 mL 탈이온수 중 15.9 mL)과 함께 인큐베이션된 후 탈이온수에서 2회 이상 세척될 수 있다. 이들 예시적 구현예에 따르면, 각각의 세척은 약 15분 동안 진탕 인큐베이터에서 주위 온도에서 수행된다. 세척 후에 탄화된 바이오매스는 원심분리된 후, 후속 세척 또는 추가 처리를 위해 재현탁될 수 있다.
특정 구현예에서, 정제 단계 및/또는 세척 단계는 개별 세포의 구조적 특징에 실질적 변화를 발생시킨다. 특정한 대안적 구현예에서, 정제 단계 및/또는 세척 단계는 개별 세포의 구조적 특징에 대한 최소한의 영향을 미치거나 전혀 영향을 미치지 않는다.
건조
특정 양태에서, 미생물 바이오매스는 건조되어 수분 함량을 감소시키고, 세포를 농축시킨다. 특정 구현에서, 미생물 바이오매스는 수분 함량이 약 10%-20%일 때까지 건조된다. 추가 구현예에서, 미생물 바이오매스는 수분 함량이 약 5% 이하에 도달할 때까지 건조된다. 건조 단계는 당 분야에 공지된 다양한 기술에 따라 수행될 수 있다. 예시적 구현예에서, 세포는 드럼 여과, 여과/건조, 막 다른 여과(dead-end filtration), 미세여과, 초여과, 압력 여과, 진공 여과, 접선 유동 여과, 규조토 여과, 막 여과, 자기 분리, 정삼투, 전기부상(electrofloation), 롤러 프레스(roller press), 벨트 수확기(belt harvester), 모세관 추출, 단순 가열/증발, 하이드로사이클론(hydrocyclone), 교차흐름, 보조 분리(자기, 전기, 유전체, 음향), 입상층 필터, 프리코트(precoat) 필터, 디스크 스택(disc stack) 원심분리, 교차 흐름 여과, 디캔터(decanter) 원심분리, 분무 건조 또는 유기 응집에 의해 건조된다. 건조는 전체내용이 참조로서 본원에 포함되는 문헌[Advancement and Challenges in Harvesting Techniques for Recovery of Microalgae Biomass, Difusa et. al]에 기재된 기술에 의해 달성될 수 있다.
특정한 예시적 구현예에서, 미생물 바이오매스는 응집에 의해 건조된다. 이들 구현예에 따르면, 다가 금속염이 사용될 수 있다. 특정 구현예에서, 자동 응집은, 예를 들어, pH 8-13에서 사용되며, 다중 전해질, 중합체, 키토산, 소듐 하이드록시드, 포타슘 하이드록시드, 칼슘 하이드록시드, 마그네슘 하이드록시드 및/또는 소듐 카르보네이트의 첨가를 통해 촉발된다.
열 처리
특정 구현예에 따르면, 미생물 바이오매스의 건조 후, 미생물 바이오매스는 열 처리를 거쳐 마이크로브차르를 생성한다. 특정 양태에서, 열 처리는 반응 용기에서 수행된다. 예시적 구현에서, 반응 용기는 기밀 밀봉을 생성할 수 있으므로, 임의의 추가 가스가 생성 공정에 도입되는 것을 배제할 수 있다. 일 구현예에서, 비활성 가스는 이산화탄소, 산소 및 임의의 다른 반응성 가스 종과 같은 임의의 원치 않는 가스를 강제로 제거하도록 용기에 첨가될 수 있다. 특정한 대안적 구현예에서, 전체 연소 온도를 증가시키고, 챔버 내에서 화학 반응을 촉진하기 위해 공기 및 다른 반응성 가스가 연소 챔버에 첨가된다. 또 다른 구현예에서, 다양한 유형의 비활성 및 반응성 가스는 가열 공정 동안 상이한 지점에서 다양한 유형의 반응을 획득하기 위해 연속적인 단계로 반응 챔버에 도입될 수 있다. 적합한 반응 용기는 당 분야에 공지된 다양한 반응 용기로 구성된다. 예시적 반응 용기는 배치 반응기(batch reactor), 로터리 킬른(rotary kiln)(수직 또는 수평), 축로(shaft furnace), 유동층, 발아층, 혼입층, 스크류 반응기(screw reactor), 헤레쇼프 오버/다단로(herreshoff over/multiple hearth furnace), 토베드 반응기(torbed reactor), 마이크로파 반응기, 소형 이동 층, 벨트 건조기/반응기, 및 고정층 반응기를 포함하나, 이에 제한되지는 않는다.
특정 양태에서, 세포의 열 처리는 열분해, 기화, 연소, 열-산화 분해, 반탄화(torrefaction) 및 열수 탄화로 구성된 군으로부터 선택되는 공정에 의해 수행된다. 특정 구현예에서, 열 처리 단계는 전술한 것의 조합의 사용을 포함한다.
특정 구현에 따르면, 열 처리 단계는 약 100℃ 내지 약 2000℃ 범위의 온도에서 수행된다. 특정 추가 구현에서, 온도 범위는 약 100℃ 내지 약 1000℃이다. 추가 양태에서, 열 처리 온도 범위는 200℃ 내지 약 800℃이다. 추가 양태에서, 열 처리 온도 범위는 250℃ 내지 약 750℃이다. 추가 양태에서, 열 처리 온도 범위는 300℃ 내지 약 700℃이다. 추가 양태에서, 열 처리 온도 범위는 350℃ 내지 약 750℃이다. 또 다른 추가 양태에서, 추가 양태에서, 열 처리 온도 범위는 400℃ 내지 약 700℃이다. 또 다른 추가 구현에서, 열 처리 단계는 약 400℃에서 수행된다. 특정한 예시적 구현에서, 온도는 단계적 간격으로 증가된다. 특정한 대안적 구현에서, 온도는 미리 결정된 간격에 걸쳐 일정한 속도로 증가된다.
특정 양태에서, 열 처리 단계는 약 1초 내지 약 24시간의 시간 간격으로 수행된다. 추가 양태에서, 시간 간격은 약 600℃에서 약 5-7분의 시간 간격 동안 수행되는 열 처리 단계로부터의 시간 간격이다.
특정 구현에 따르면, 열 처리 단계는 미리 결정된 종점에 도달할 때까지 수행된다. 예시적 구현에 따르면, 탄화 바이오매스가 약 20% 내지 약 75%의 고정 탄소로 구성되는 경우에 종점에 도달한다. 추가 구현예에 따르면, 탄화 바이오매스가 약 20% 내지 약 50%의 고정 탄소로 구성되는 경우에 종점에 도달한다. 또 다른 추가 구현예에서, 탄화 바이오매스가 약 20% 내지 약 30%의 고정 탄소로 구성되는 경우에 종점에 도달한다.
추가 구현예에서, 열 처리 단계는 탄화 바이오매스 내의 공업분석 휘발성 물질의 수준이 약 25% 미만이 될 때까지 수행된다. 추가 구현예에서, 열 처리 단계는 탄화 바이오매스 내의 공업분석 휘발성 물질의 수준이 약 20% 미만이 될 때까지 수행된다. 또 다른 추가 구현예에서, 열 처리 단계는 탄화 바이오매스 내의 공업분석 휘발성 물질의 수준이 약 15% 내지 약 25%가 될 때까지 수행된다.
또 다른 추가 구현예에서, 열 처리 단계는 탄화 바이오매스 내의 산소의 농도가 약 20% 미만이 될 때까지 수행된다. 또 다른 추가 구현예에서, 열 처리 단계는 산소 농도가 약 10% 내지 15%가 될 때까지 수행된다.
또 다른 추가 구현예에 따르면, 열 처리 단계는 탄화 바이오매스 내의 회분의 농도가 약 20% 미만이 될 때까지 수행된다. 특정한 추가 구현예에 따르면, 열 처리 단계는 탄화 바이오매스 내의 회분의 농도가 약 10% 내지 20%가 될 때까지 수행된다. 또 다른 추가 구현예에서, 열 처리 단계는 탄화 바이오매스 내의 회분의 농도가 약 10% 미만이 될 때까지 수행된다.
특정 양태에서, 열 처리 단계 종점은 미리 결정된 산소 및 고정 탄소의 비율에 의해 정의된다. 이들 구현예의 예시적 구현에서, 열 처리 종점은 탄화된 바이오매스의 원소분석 산소 대 원소분석 탄소 비율이 약 0.30 산소 대 탄소(예를 들어, 원소분석 산소 3부 대 원소분석 탄소 10부) 미만인 경우에 도달된다.
특정 구현예에서, 종점은 전술한 파라미터 중 2개 이상에 도달하는 경우에 도달된다.
분쇄
특정 구현에서, 세포 배양 성분의 분쇄는 허용되는 안료 입자 크기 또는 입자 직경 크기가 값 0.01 마이크론 내지 100 마이크론의 세포 응집 직경을 달성하는 데 필요하다. 특정 구현예에서, 분쇄 단계는 유발/유봉, 회전 텀블러, 진동 텀블러, 자기 텀블러, 롤 밀, 비드 밀 교반기, 디스크 밀, 바스켓 밀, 제트 밀, 볼 밀, 조 크러셔(jaw crusher), 로터 밀(rotor mill), 커팅 밀 나이프 밀(cutting mill knife mill), 크라이오 밀(cryo mill), 해머 밀(hammer mill), 핀 밀(pin mill), 사이클론 밀 및 분류기 밀로 구성된 군으로부터 선택되는 장치에 의해 수행된다.
추가 구현예에 따르면, 분쇄 단계는 암모니아 동결 폭발, 증기 가수분해 및 습식-산화로 구성된 군으로부터 선택되는 방법에 의해 수행된다.
또 다른 추가 구현예에 따르면, 분쇄 단계는 초음파처리에 의해 수행된다.
특정 구현예에 따르면, 분쇄 단계는 밀링된 마이크로브차르의 평균 입자 크기 직경이 약 10 마이크론 미만이 될 때까지 수행된다.
특정 구현에서, 분쇄 단계는 분쇄 동안 하나 이상의 기계적 분쇄 첨가제를 탄화된 바이오매스에 첨가하는 것을 포함한다. 추가 구현예에 따르면, 하나 이상의 기계적 분쇄 첨가제는 강철, 크롬, 스테인리스 강, 세라믹, 고무, 석기, 알루미늄, 마그네슘, 지르코니아, 도자기, 실리카 및 유리로 구성된 목록으로부터 선택된다. 특정 추가 구현예에 따르면, 기계적 분쇄 첨가제는 직경이 약 1/32 인치 내지 약 5 인치 범위인 입자 크기를 갖는다.
특정 양태에서, 분쇄 단계는 분쇄 동안 하나 이상의 화학적 분쇄 첨가제를 탄화된 바이오매스에 첨가하는 것을 포함한다. 이들 구현예의 특정 구현에서, 하나 이상의 화학적 분쇄 첨가제는 분산제, 계면활성제, 습윤제, 버니싱(burnishing) 화합물, 비누 세제, 과분산제, 비이온성 고-HLB 폴리알콕실화 계면활성제, 비-이온성 중합체, 소포제, 물, 수지, 표면 장력 개질제, 소수성 음이온성 중합체, 아세틸렌계 디올, 및 아세틸렌디올로 구성된 목록으로부터 선택된다.
밀링된 마이크로브차르의 분쇄 후 변형
특정 구현예에 따르면, 개시된 방법은 분쇄 단계 후에 밀링된 마이크로브차르를 변형시키는 것을 추가로 포함한다. 특정 양태에서, 이들 분쇄 후 변형 단계는 개별 입자 크기를 감소시키는 것을 추구한다. 추가 양태에서, 이들 단계는 특정 적용에 적합한 마이크로브차르를 제조하기 위해 입자 표면의 원하는 특성을 달성하기 위해 수행된다. 특정 구현예에 따르면, 분쇄 후 변형은 마이크로브차르의 중금속 함량을 감소시키는 것을 추구한다. 추가 구현예에서, 분쇄 후 처리는 가용성 무기 염의 제거 및/또는 회분 함량을 감소시키는 것을 추구한다. 또 다른 추가 구현예에서, 분쇄 후 변형은 전체 용해된 고체의 농도를 감소시킨다. 추가 구현에서, 분쇄 후 변형은 pH를 조정하고/하거나 입자의 표면적을 증가시키는 것을 포함한다. 추가 양태에서, 분쇄 후 처리는 마이크로브차르의 수분 함량을 추가로 감소시키는 것을 추구한다.
특정 양태에서, 마이크로브차르의 변형은 마이크로브차르에 화학적 첨가제를 첨가하는 것이다. 이들 구현예의 특정 구현에 따르면, 화학적 첨가제는 방향족 화합물, 알콜, 염(예를 들어, 암모늄 퍼설페이트), 계면활성제(예를 들어, 아베넬(Avenel)), 오일/지방/지방산/지질, 물(예를 들어, 증기) 이온 액체, 수소화, 화학적 가수분해, 효소 가수분해, 알칼리 용매(예를 들어, 소듐 하이드록시드, 암모니아, 이산화탄소), 이산화탄소, 염소 가스, 황 가스, 질소 가스 및 산소 가스일 수 있다.
특정 구현에서, 밀링 후 마이크로브차르 표면 개질은 과산화수소 처리를 통해 이루어진다. 예시적 구현예에서, 밀링 후, 마이크로브차르는 동결 건조를 통해 분리되고, 순도에 대해 분석된다. 분리 후, 마이크로브차르는 30%(w/w) 과산화수소 용액으로 추가로 기능화되고, 환류된다. 특정 구현예에서, 환류는 약 60℃에서 약 24시간 동안 발생한다. 환류 후, 과량의 과산화수소가 제거된다. 예시적 구현예에서, 과산화수소는 잔여 과산화물이 검출되지 않을 때까지 관재료에서 탈이온수에 대한 투석에 의해 제거된다. 이후, 최종 기능화된 분말은 다시 동결 건조될 수 있고, SEM EDS로 분석되어 표면 개질 정도를 측정하는 것을 도울 수 있다.
추가 양태에 따르면, 밀링된 마이크로브차르의 개질은 마이크로브차르를 건조시키는 것을 포함한다. 이들 구현예에 따르면, 이러한 건조 단계는 드럼 여과, 막 다른 여과, 미세여과, 초여과, 압력 여과, 진공 여과, 접선 유동 여과, 규조토 여과, 막 여과, 자기 분리, 정삼투, 전기부상, 롤러 프레스, 벨트 수확기, 모세관 추출, 단순 가열/증발, 하이드로사이클론, 교차흐름, 보조 분리(자기, 전기, 유전체, 음향), 입상층 필터, 프리코트 필터, 디스크 스택 원심분리, 교차 흐름 여과, 디캔터 원심분리, 및 유기 응집으로 구성된 목록으로부터 선택되는 방법에 의해 수행된다. 특정 구현예에서, 건조 단계는 전술한 것의 조합을 통해 수행된다.
특정 양태에서, 밀링 후 건조 단계는 미리 결정된 수분 감소 역치가 충족될 때까지 수행된다. 특정 예시적 구현예에서, 건조 단계는 마이크로브차르의 수분 함량이 약 8% 미만으로 감소될 때까지 수행된다.
도면으로 돌아가서, 도 1에 제시된 일부 구현예에서, 상기 방법(100)은 임의의 순서로 수행될 수 있는 다양한 선택적 단계 및 하위 단계를 포함한다. 다양한 구현예에서, 상기 방법은 이해되는 바와 같이 임의의 단계에서 시작하여 그에 따라 진행될 수 있다.
일 구현예에서, 상기 방법(100)은 탄화에 이용되도록 의도된 세포를 선택하거나 제공하는 것을 포함한다(박스 102). 또 다른 단계에서, 세포의 다양한 성분은 화학적 및/또는 기계적 공정에 의해 제거된다(박스 104). 또 다른 단계에서, 세포는 건조된다(박스 106).
이들 다양한 구현예에서, 건조된 세포는 또 다른 단계에서 열 처리된다(박스 108). 추가 단계에서, 열 처리된 세포는 화학적 및/또는 기계적 세척에 의해 세척된다(박스 110). 이후, 세척된 세포는 후속 단계에서 건조될 수 있다(박스 112). 또 다른 단계에서, 세척되고 건조된 세포는 이후 분쇄되고/되거나 밀링된다(박스 114). 후속 단계에서, 분산액이 전개된다(박스 116). 최종 단계에서, 특정 시장에 대한 최종 제형이 생성된다(박스 118).
대안적 구현예에서, 상기 방법(100)은 세포(108)를 열 처리함으로써 시작된다. 이들 및 다른 구현예에서, 열 처리(108) 후에 화학적 및/또는 기계적 세척(박스 110) 및 건조(112)가 후속된다. 추가 단계는 분쇄 및/또는 밀링(박스 14)을 포함한다. 또 다른 단계는 분산액 전개를 포함한다. 또 다른 추가 단계는 특정 시장 또는 최종 제품에 대한 최종 제형을 포함한다(박스 118).
다양한 대안적 구현예에서, 도 2에 제시된 바와 같이, 상기 방법(100)은 탄화에 이용되도록 의도된 세포를 조달하는 제1 단계를 갖는다(박스 102). 제2 단계에서, 조달된 세포는 화학적으로 및/또는 기계적으로 세척된다(박스 132). 또 다른 단계에서, 세척된 세포는 건조된다(박스 134). 추가 단계에서, 건조된 세포는 분쇄되고/되거나 밀링된다(박스 136). 또 다른 추가 단계에서, 세포는 건조되고, 열 처리된다(박스 138). 다음 단계에서, 열 처리된 세포는 분쇄되고/되거나 밀링된다(박스 140). 다음으로, 분산액이 전개된다(박스 142). 후속 단계에서, 최종 생성물은 특정 시장에 대한 최종 제형에 따라 생성된다(박스 144).
도 3은 상기 방법(100)의 추가 구현예를 도시한다. 제1 단계에서, 탄화에 이용되도록 의도된 세포가 선택되고/되거나 조달된다(박스 150). 추가 단계에서, 다양한 세포 성분은 화학적 및/또는 물리적 처리를 통해 세포로부터 제거된다(박스 152). 추가 단계에서, 세포는 물리적으로 및/또는 기계적으로 세척된다(박스 154). 일부 구현에서, 제거 및 세척 단계는 주기적인 방식으로 반복될 수 있다. 다음 단계는, 일부 구현예에서, 건조된 생성물을 생성하는 건조(박스 156)이다. 추가로, 건조된 생성물은 분쇄 및/또는 밀링 공정을 통해 분쇄되고/되거나 밀링된다(박스 158). 또 다른 단계에서, 세포는 열 처리된다(박스 160). 다양한 구현예에서, 열 처리(박스 160)는 건조 열 처리이다. 추가 단계에서, 열적으로 처리된 생성물은 분쇄 및/또는 밀링 공정을 통해 분쇄되고/되거나 밀링된다(박스 162). 또 다른 단계에서, 분산액이 전개된다(박스 164). 최종 단계에서, 원하는 시장에 대한 최종 제형이 생성된다(박스 166).
상기 방법(100)의 또 다른 대안적 구현이 도 4에 제시된다. 이러한 구현예에서, 상기 방법(100)은 탄화에 이용되도록 의도된 세포로 시작한다(박스 170). 다음으로, 세포는 세포의 성분의 제거를 위해 화학적으로 및/또는 기계적으로 처리된다(박스 172). 다음으로, 세포는 화학적으로 및/또는 기계적으로 세척된다(박스 174). 일부 구현예에서, 제거 및 세척 단계는 원하는 중간 생성물이 제조될 때까지 반복적으로 및/또는 순환 방식으로 수행될 수 있다. 또 다른 단계에서, 세포는 건조된다(박스 176). 다음 단계에서, 세포는 건열 처리에 적용된다(박스 178). 또 다른 단계에서, 세포는 분쇄 및/또는 밀링된다(박스 180). 또 다른 단계에서, 분산액이 전개된다(박스 182). 다음 단계에서, 세포는 최종 제형에 넣는다(박스 184).
도 5는 방법(100)의 또 다른 예시적인 구현예를 제시한다. 먼저, 공정에 사용될 세포가 제공된다(박스 200). 둘째로, 세포는 세포의 다양한 성분을 제거하기 위해 화학적으로 및/또는 기계적으로 처리된다(박스 202). 다음으로, 세포는 화학적으로 및/또는 기계적으로 세척된다(박스 204). 네 번째 단계에서, 세포는 습열 처리에 적용된다(박스 206). 또 다른 단계에서, 열 처리된 세포는 분쇄 및/또는 밀링 공정을 통해 분쇄되고/되거나 밀링된다(박스 208). 다음 단계에서, 분산액이 세포와 함께 전개된다(박스 210). 최종 단계에서, 세포는 최종 제형에 넣는다(박스 212).
또 다른 대안적 구현예가 도 6에 제시된다. 한 단계에서, 상기 방법(100)을 위한 세포가 제공된다(박스 220). 또 다른 단계에서, 세포는 세포의 성분을 제거하기 위해 화학적 및/또는 기계적 처리에 적용된다(박스 222). 또 다른 단계에서, 세포는 습열 처리에 적용된다(박스 224). 또 다른 단계는 세포의 분쇄 및/또는 밀링을 포함한다(박스 226). 또 다른 단계에서, 분산액이 전개된다(박스 228). 최종 단계에서, 잉크 또는 최종 생성물은 최종 제형에 따라 생성된다(박스 230).
본원에 개시된 다양한 단계가 사용되는 미생물 바이오매스의 특성 및 원하는 최종 생성물의 특징에 따라 포함되거나 생략될 수 있음이 당업자에 의해 인지될 것이다. 비제한적인 예로서, 특정 구현예에서, 상기 방법은 열 처리 단계에 이어서 세척 단계가 후속되고 이어서 분쇄 단계가 후속된다. 추가 구현예에서, 상기 방법은 열 처리 단계에 이어서 분쇄 단계가 후속된다. 또 다른 추가 구현예에서, 상기 방법은 세척 단계에 이어서 열 처리 단계가 후속되고 이어서 분쇄 단계가 후속된다. 또 다른 추가 구현예에서, 상기 방법은 세척 단계에 이어서 열 처리 단계가 후속되고 이어서 분쇄 단계가 후속되고 이어서 세척 단계가 후속된다. 또 다른 추가 구현예에서, 상기 방법은 세척 단계에 이어서 열 처리 단계가 후속되고 이어서 세척 단계가 후속되고 이어서 분쇄 단계가 후속된다.
잉크 제형
처리된 미생물 바이오매스의 농도는 잉크 및/또는 착색제 제형의 전체 조성물의 0.1 내지 100%(w/w) 사이의 어딘가의 범위일 수 있다. 공지된 제형의 안료 부분의 대체에 더하여, 미생물 세포는 또한 이러한 착색제 기술을 활용할 수 있는 특정 산업을 위해 개발된 제형에서 일반적으로 발견되는 다른 제형 성분(수지, 오일/담체, 첨가제)의 첨가를 부분적으로 또는 완전히 대체할 수 있다. 이는 특정 세포 유형 내에서의 전체 세포 성분의 변화(농도 및/또는 지방산, 단백질, 탄수화물, 미네랄 등의 유형)가 잉크 및/또는 착색제 제형에 전통적으로 첨가되는 것을 필요로 하는 특정 제형 성분의 필요성을 변경할 수 있기 때문이다. 이들 안료는 유기 용매 기반 착색제 제형뿐만 아니라 수성 기반 또는 방사선 경화성 착색제 제형에 사용될 수 있다.
대안적으로, 생물학적 세포가 다양한 산업에서 착색제로 활용됨에 따라 생물학적 세포의 온전성을 증가시키기 위해 특정 방법이 적용될 수 있다. 전략은 착색제 제형화 전에 세포 배양물에 보존제를 첨가하는 것을 포함할 수 있지만 이에 제한되지는 않는다. 이들 보존제는 착색제 적용을 위한 세포를 제형화하기 위해 다양한 처리가 적용됨에 따라 개별 세포의 온전성을 증가시키는 작용을 한다. 이들 보존제는 하기의 희석되지 않은 농도 또는 임의의 농도의 하기를 포함할 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다: 단당류 및 다당류, 단당류 및 다당류 알콜, 글루코실글리세롤, 글리세롤, 덱스트로스, 사카로스, 트레할로스, 폴리에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 글리세린, 폴리비닐피롤리돈, 소르비톨, 덱스트란, 메탄올, 덱스트린, 디메틸 설폭시드(DMSO), 소듐 벤조에이트, 포타슘 메타바이설페이트, 소듐 시트레이트, 소듐 클로라이드, 셀룰로스 설페이트, 락스 용액(lock's solution), 엑토인, 링거액, 젤라틴, 혈장, 아미노산, 펩티드, 또는 단백질 또는 후기 배아발생 풍부(LEA) 단백질과 같은 이들의 조합물.
잉크 및/또는 착색제 제형에 사용되는 세포의 온전성을 증가시키기 위한 추가 전략은 생물학적 세포의 캡슐화를 포함한다. 캡슐화 배지는 희석되지 않은 농도 또는 임의의 농도의 하기 기질을 포함할 수 있으나 이에 제한되지는 않는다: 알기네이트-폴리리신-알기네이트(APA) 마이크로캡슐, 소듐 알기네이트, 셀룰로스 설페이트, 칼슘 알게네이트, 소 혈청 알부민, 콜라겐, 키토산, 젤라틴, 아가로스, 및 포르말린.
특정 구현에서, 상기 논의된 기술을 포함하는 잉크 및/또는 착색제의 조성물은 어느 것과도 조합되지 않거나 특정 표적 산업 내에서 일반적으로 사용되는 분자 성분의 임의의 혼합물과 조합될 수 있다. 이들은 안료, 수지, 오일/담체, 첨가제, 결합제 및/또는 수지, 아크릴 수지, 올리오기머(oliogimer), 공중합체, uv/eb 수지, 스티렌 수지, 자일렌, 톨루엔 및 우레탄 수지, 내마모성 첨가제, 접착 촉진제, 공기 방출 첨가제, 블로킹 방지제, 크레이터링 방지제, 부유 방지제(anti-floating additive), 응집 방지제(anti-flocculation additive), 항 플로딩 첨가제(anti flooding additive), 소포제, 기체 발생 방지제, 흐름 방지제, 경화 방지제, 정전기 방지제, 살진균제, 장벽 첨가제, 담체 베이스, 아탈리스트(atalyst), 킬레이트 첨가제, 내화학성 첨가제, 유착 보조제, 색상 고정 첨가제, 전도성 첨가제, 부식 방지 첨가제, 커플링제, 가교제/사슬 연장제, 경화제, 탈기제/가스화 방지제, 건조제/건조기, 분산 첨가제, 유화 첨가제, 필름 형성 첨가제, 난연제, 유연화제, 유동 및 레벨링(leveling) 첨가제, 형광 증백제, 자유 유동 첨가제, 광택 향상제, 경화제, 내열 첨가제, 충격 개질제, 개시제, 윤활제, 내마모성/스크래치 내성 첨가제, 매트 평탄화 첨가제, 수분 제거제, 불투명화제, ph 제어제, 가소제, 강화 첨가제, 방출 보조제, 스크럽 방지 첨가제, 미끄러짐/미끄럼 방지제, 슬립 첨가제, 내용제성 첨가제, 특수 효과 첨가제 및 습윤 첨가제를 포함하나, 이에 제한되지는 않는다.
개시된 방법에 따라 제조된 안료 및 착색제는 다양한 산업 적용에서 사용하기에 적합하다. 이들 적용은 페인트 생산 산업, 잉크 생산 산업, 안료 생산 산업, 코팅 산업, 착색제 산업, 잉크젯 산업, 인쇄 산업, 섬유 산업, 식품 착색제 산업, 기능식품 산업, 농업 산업, 비누 및 그루밍 산업, 화장품 산업 및 그 안에 포함된 임의의 산업을 포함하나, 이에 제한되지는 않는다.
이러한 혁신과 함께 사용될 수 있는 인쇄 유형은 비단 및 회전식 스크린 코팅, 스크린 인쇄, 오프셋 리쏘그래피, 플렉소그래피, 정방향 롤러 코팅, 역방향 롤 코팅, 스프레이 코팅, 에어 나이프 코팅, 아닐록스 코팅(anilox coating), 플렉소코팅(flexocoating), 딥 코팅(dip coating), 미터링 로드 코팅(metering rod coating), 롤러 코팅(roller coating), 키스 코팅(kiss coating), 압출 코팅, 커튼 코팅(curtain coating), 딥 코팅, 스핀 코팅(spin coating), 디지털 인쇄: 잉크젯 및 건식촬영법, 그라비아, 3-D 인쇄, 염료 승화, 패드 인쇄, 볼록판 인쇄(relief print), 음각(intaglio), 방사선 경화성, 고온 염료 승화 및 그 안에 기재된 인쇄 유형의 임의의 서브셋을 포함하나 이에 제한되지는 않는다.
이러한 기술을 활용할 수 있는 잉크 유형은 수성 기반 잉크(Water-Based Ink), 용매 잉크(Solvent Ink), 식물성 잉크, 라텍스 기반 잉크, 방사선 경화성 잉크, 상 변화 잉크 및 그 안에 기재된 인쇄 유형의 임의의 서브셋을 포함하나 이에 제한되지는 않는다.
특정 구현에서, 잉크 및/또는 착색제 제형의 생성은 다수의 단계를 포함한다. 한 단계에서, 25 ml의 고밀도 배양물(약 15 OD730의 배양물의 광학 밀도에 의해 측정됨)의 미생물은 적합한 원심분리 장치에서 3000-10000 X g의 어딘가에서 원심분리된다. 추가 단계에서, 상층액은 따라내어 튜브에 세포 및 소량의 성장 배지만 남긴다. 남아 있는 세포의 농도는 전체 부피의 5%-25%를 구성해야 한다. 이러한 용액에 200 mg의 셀룰로스(40 g/l 농도를 구성함)를 배양물에 첨가하고, 200 uL의 아라비아 검을 전체 용액 부피의 아라비아 검 4%의 농도로 만든다. 이는 스크린 프린터에 사용하기에 적합한 5 ml의 최종 잉크 용액을 발생시킨다.
특정 구현에서, 세포 배양 성분의 분쇄는 허용되는 안료 입자 크기 또는 입자 직경 크기가 값 0.01 마이크론 내지 100 마이크론의 세포 응집 직경을 달성하는 데 필요하다. 사용될 수 있는 입자 크기 감소 방법은 유발/유봉, 회전 텀블러, 진동 텀블러, 자기 텀블러, 롤 밀, 비드 밀 교반기, 디스크 밀, 바스켓 밀, 제트 밀, 볼 밀, 조 크러셔, 로터 밀, 커팅 밀 및 나이프 밀을 포함할 수 있으나 이에 제한되지는 않는다. 분쇄 방법 이외에, 다양한 물리적 분쇄 매체뿐만 아니라 화학적 첨가제가 임의의 상기 언급된 분쇄 방법에 도입되어 분쇄 효율을 추가로 증가시킬 수 있다. 분쇄 매체와 같은 물리적 첨가제는 강철, 크롬, 스테인리스 강, 세라믹, 고무, 석기, 알루미늄, 마그네슘, 지르코니아, 도자기, 실리카 및 유리로 구성될 수 있지만 이에 제한되지는 않는다. 이러한 분쇄 매체는 직경이 1/32 인치에서 5 인치까지 다양한 크기로 제공될 수 있다. 화학적 첨가제는 분산제, 계면활성제, 습윤제, 버니싱 화합물, 비누 세제, 과분산제, 비이온성 고-HLB 폴리알콕실화 계면활성제, 비이온성 중합체, 소포제, 물, 수지, 표면 장력 개질제, 소수성 음이온성 중합체, 아세틸렌계 디올 및 아세틸렌디올을 포함할 수 있다.
열 공정을 통한 생물학적 세포 유래 흑색 착색제의 생성
다양한 제형 및 다양한 산업에서 착색제로서 이용될 생물학적으로 유래된 흑색 바이오차르 안료: 특정 구현에서, 흑색 생물학적 유래 안료는 다양한 잠재적인 잉크 및/또는 착색제 구현예에서 이용될 수 있다. 본 문서의 앞부분에서 설명된 바와 같이 다양한 생물학적 공급원이 흑색 생물학적 유래 안료의 생성을 위한 "시작" 물질로 활용될 수 있다. 흑색 생물학적 유래 안료를 달성하기 위해 여러 메커니즘이 이용될 수 있다. 생성 메커니즘의 일 구현예는 바이오매스의 성장, 분리 및 탈수 후에 발생하는 처리 단계를 포함한다. 이러한 처리 단계는 본 문서에 이전에 설명된 하나 또는 다수의 바이오매스 공급원을 포함하는 미생물 배양물에 적용될 수 있는 열 처리 공정을 이용한다. 열분해, 가스화, 연소 및/또는 이들 공정의 조합을 사용하여 최종 미생물 유래 흑색 안료를 생성할 수 있다. 이러한 공정에서, 미생물 배양물의 수분 함량이 0% 내지 75% v/v 사이의 어딘가가 되도록 성장 배지가 세포 배양물로부터 제거된다. 이러한 사전 건조는 하기 공정의 주위 공기 건조, 강제 공기 건조, 증기 건조, 원심분리, 분무 건조 및 제트 밀링을 포함할 수 있지만 이에 제한되지는 않는다. 이러한 건조된 조류 배양물은 이후 기밀 밀봉을 생성할 수 있는 적절한 용기에 배치되어 어떠한 추가 가스도 생성 공정에 도입되는 것을 배제한다. 일 구현예에서, 비활성 가스는 이산화탄소, 산소 및 임의의 다른 반응성 가스 종과 같은 임의의 원치 않는 가스를 강제로 제거하도록 용기에 첨가될 수 있다. 별도의 구현예에서, 전체 연소 온도를 증가시키고, 챔버 내에서 화학 반응을 촉진하기 위해 공기 및 다른 반응성 가스가 연소 챔버에 첨가된다. 또 다른 구현예에서, 다양한 유형의 비활성 및 반응성 가스는 가열 공정 동안 상이한 지점에서 다양한 유형의 반응을 획득하기 위해 연속적인 단계로 반응 챔버에 도입될 수 있다. 일단 미생물 바이오매스가 적절한 챔버에 첨가되면, 챔버는 섭씨 100도 내지 1000도 범위 또는 그 사이의 임의의 온도에 있을 수 있는 일정한 온도로 가열된다. 대안적 구현예에서, 다수의 온도 단계가 특정 기간에 걸쳐 바이오매스 챔버에 적용될 수 있다. 적절한 온도 설정에 도달하면, 온도는 1분 내지 24시간의 범위 내일 수 있는 특정 시간 동안 유지된다. 이는 가열 공정 전체에 걸쳐 필요할 수 있는 임의의 온도 설정에 대해 반복된다. 안정한 유지 온도에 도달하는 데 필요한 시간은 신속하게(2개의 처리 온도 사이를 이동하는 데 몇 초 만에) 램핑(ramping)될 수 있거나, 6시간 만에서와 같이 다소 느리게 램핑될 수 있거나, 이들 제공된 램프 속도 사이의 어딘가일 수 있다. 원하는 가열 요법이 완료되면, 미생물 바이오매스의 냉각은 가열 공정에 설명된 것을 따르는 점진적 공정 또는 단계적 공정을 따를 수 있다. 조류 바이오매스의 추가 처리가 필요하거나 필요하지 않을 수 있다. 일 구현예에서, 헹굼이 바이오매스에 적용된다. 이러한 헹굼 공정은 바이오매스에 액체를 첨가하고, 5분 내지 12시간의 범위 내에 있을 수 있는 정해진 시간 동안 섭씨 30도 내지 섭씨 300도의 온도로 바이오매스를 가열하는 것을 포함한다. 이들 공정은 동일한 배치(batch)의 미생물 바이오매스에 대해 한번 또는 잠재적으로 여러 번 수행될 수 있다. 추가 건조 단계는 이러한 공정에 포함되거나 포함되지 않을 수 있다. 안료 처리 공정 동안 발생할 수 있는 입자 응집의 전체량을 감소시키기 위해 특정 장치 및/또는 공정이 사용되고/되거나 구현될 수 있다. 분쇄 공정은 최종 건조 공정이 완료된 후에 구현될 수 있거나 구현되지 않을 수 있다. 추가로, 더 큰 표면적 및 더 작은 입자 크기의 표면 처리는 가스 처리, 화학적 처리, 또는 안료 제조 부분의 당업자에게 공지된 다른 표면 처리에 의해 달성될 수 있다.
실험 예
하기 실시예는 본원에 청구된 물품, 장치 및/또는 방법이 어떻게 제조되고 평가되는지에 대한 완전한 개시 및 설명을 당업자에게 제공하기 위해 제시되며, 순전히 본 발명의 예시인 것으로 의도되며, 본 발명자들이 이들의 발명으로 간주하는 것의 범위를 제한하려는 것은 아니다. 그러나, 당업자는 본 발명의 개시에 비추어 개시된 특정 구현예에서 많은 변화가 이루어질 수 있고, 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어남이 없이 마찬가지이거나 유사한 결과를 여전히 얻을 수 있음을 인지해야 한다.
절차
모든 데이터는 달리 언급되지 않는 한 하기 절차에 따라 수집되었다:
TGA 절차 (탄화 공정):
열중량 분석 또는 열 중량측정 분석(TGA)은 온도가 변함에 따라 시간이 지남에 따라 샘플의 질량을 측정하는 열 분석 방법이다. <50 μm로 체질된 최대량의 분말 물질을 5 mL TGA 컵(보통 2-3 g)에 로딩하였다. 기구는 컵 주위에 비활성 분위기를 생성하기 위해 실행 시작 전 및 실행 동안 15분 동안 질소 가스로 퍼징되었다. 실행은 30C/분에서 150C로, 이어서 50C/분에서 설정 온도로 램핑되는 온도에 의해 수행되었다. 시험 기간(설정 온도에서 유지)은 15분이고, 시험 완료시 수동 냉각이 이어졌다. 수율 측정은 각각의 샘플의 질량 전후를 측정함으로써 측정되었다. 개별 표에 달리 명시되지 않는 한 모든 샘플은 500c 설정 온도에서 탄화되었다.
PSD 절차(중앙값 크기 및 평균 크기 측정):
샘플의 입자 크기 분포는 Horiba Particle Size Distribution Analyzer LA-950 V2를 사용하여 측정되었다. 더 큰 입자(> 100 μm)를 함유한 샘플의 경우, 다양한 크기의 체를 사용하는 수동 건식-스크리닝 방법이 Horbia와 함께 사용되었다.
SEM 절차(SEM 이미지):
주사 전자 현미경 이미지는 TGA 전후의 모든 샘플에 대해 획득되었다. 이미지는 Jeol/EQ InTouchscope를 사용하여 획득되었다. 5-10 mg의 샘플은 SEM 스터브에 고정된 양면 탄소에 뿌려졌다. 샘플은 영상화 동안 임의의 전하를 감소시키기 전에 금 및 팔라듐으로 스퍼터 코팅되었다. 이미지는 150x, 500x 및 1500x 배율로 획득되었다.
색상 분석을 위한 안료 분산액의 제조: (Ave. L, Ave. A, 및 Ave. B 측정 및 드로우다운(Drawdown) 이미지)
분산액 마스터 믹스를 제조하였다:
2 g의 지르코늄 비드를 1.1 ml의 분산 마스터 믹스와 혼합하였다. 이러한 분산액 믹스에 0.2 g의 TGA 샘플을 첨가하였다. 안료 분산액은 Biospec 3110Bx Mini 비드비터(beadbeater)를 사용하여 3분 동안(1분 OFF와 함께 30초 간격) 42R 속도로 비드 비팅하여 제조되었다. 튜브는 냉각시키기 위해 15분 동안 실온에서 튜브를 인큐베이션하였다. 그라인드 게이지를 사용하여 입자 크기를 결정하기 위해 150 L가 사용되었다. Leneta Ink 시험 시트에 대한 드로우 다운(draw down)에 250 uL가 사용되었다. 드로우다운은 3nH에 의해 YD5050 분광농도계를 사용하여 L, a, b 측정을 수행하기 전에 24시간 동안 건조되었다.
색상 분석을 위한 산 세척: (Ave L, Ave. A, Ave. B-사후 차르 세척 데이터)
사후 TGA 산 세척을 기준선, 기준선 재실행 및 사전세척 샘플에 대해 수행하였다. 1g의 사후 TGA 샘플을 25 ml의 1% 무리아트산(1:25 바이오매스 비율)으로 세척하였다. 15분 동안 진탕 인큐베이션에 의해 세척을 달성하였다. 5분 동안 5000 g에서 원심분리하여 산 세척된 차르를 수집하였다. 25 ml 탈이온수로 물 세척을 수행하여 물에 용해된 잔류산 및 염을 제거하였다. 55C에서 밤새 세척된 차르를 건조시켰다. 산 세척된 차르로부터의 분산액을 상기 설명된 바와 같이 제조하였다. 미세척과 사후 산 세척 사이의 색상의 차이를 기록하였다.
분산액 드로우다운:
250 μl의 안료 분산액은 벨람(vellam) 불투명 Leneta 잉크 시험 시트에서 #7 bar를 사용하여 일정한 속도로 드로우 다운시켰다. 분광농도계를 사용하여 L, a, b 측정을 수행하기 전에 잉크를 24시간 동안 건조시켰다. 3개의 L, a, b 값은 드로우다운 및 평균에 대한 3개의 상이한 영역에서 취해졌다.
실시예 1
하기의 데이터 표(표 1 및 2) 및 도 7 및 8은 여러 상이한 형태의 원핵생물 스피룰리나에서 수집된 데이터를 강조한다. 실험명: 기준선 시험.
모든 시작 바이오매스 물질은 탄화 전에 손 체질을 통해 50 μm 미만으로 체질되었다.
기호풀이:
● 공업분석(proximate) - ASTM D3172에 따라 결정된 수분, 회분, 휘발성 물질 및 고정 탄소의 검정.
● 원소분석(ultimate) - 석탄 및 코크의 경우, 완전 연소의 기체 생성물에서 발견되는 바와 같은 물질의 탄소 및 수소의 결정, 전체로서 물질 내의 황, 질소 및 회분의 결정, 및 차이에 의한 산소의 계산. 이러한 데이터는 ASTM D3176에 따라 결정되었다.
● WC= 전체 세포
● 차르 없음= 데이터는 사전 차르 샘플에서 수집되었다.
● 미세척= 데이터는 임의의 사후 탄화 세척 전에 수집되었다.
● 사후 차르 세척= 데이터는 탄화 물질에 대해 수행된 산 세척 후에 수집되었다.
● 스피룰리나 탈색= 샘플링 전에 용매 제거를 통해 색상 분자가 제거되었다.
● 온도는 지정된 시간 동안 샘플이 탄화된 온도를 나타낸다.
● 바이오매스 기원/대체 명명 구조:
● 스피룰리나: Earthrise Nutraceuticals
표 1:
표 2:
실시예 2:
하기 데이터 표(표 3 및 4) 및 도 9 및 10은 여러 상이한 형태의 진핵생물 나노클로롭시스에서 수집된 데이터를 강조한다. 실험명: 기준선 재실행.
기호풀이:
● 공업분석 - ASTM D3172에 따라 결정된 수분, 회분, 휘발성 물질 및 고정 탄소의 검정.
● 원소분석 - 석탄 및 코크의 경우, 완전 연소의 기체 생성물에서 발견되는 바와 같은 물질의 탄소 및 수소의 결정, 전체로서 물질 내의 황, 질소 및 회분의 결정, 및 차이에 의한 산소의 계산. 이러한 데이터는 ASTM D3176에 따라 결정되었다. WC= 전체 세포
● 차르 없음= 데이터는 사전 차르 샘플에서 수집되었다.
● 미세척= 데이터는 임의의 사후 탄화 세척 전에 수집되었다.
● 사후 차르 세척= 데이터는 탄화 물질에 대해 수행된 산 세척 후에 수집되었다.
● 탈지된 나노클로롭시스= 샘플링 전에 용매 제거를 통해 지질 분자가 제거되었다.
● 온도는 지정된 시간 동안 샘플이 탄화된 온도를 나타낸다.
● 바이오매스 기원/대체 명명 구조:
● 탈지된 나노클로롭시스: Qualitas Health
표 3:
표 4:
실시예 3:
하기 데이터 표(표 5 및 6) 및 도 10-20은 여러 상이한 형태의 다중 원핵생물 및 진핵생물 종에 대해 수집된 데이터를 강조한다. 실험명: 종 차이/잔류 바이오매스.
기호풀이:
● 공업분석 - ASTM D3172에 따라 결정된 수분, 회분, 휘발성 물질 및 고정 탄소의 검정.
● 원소분석 - 석탄 및 코크의 경우, 완전 연소의 기체 생성물에서 발견되는 바와 같은 물질의 탄소 및 수소의 결정, 전체로서 물질 내의 황, 질소 및 회분의 결정, 및 차이에 의한 산소의 계산. 이러한 데이터는 ASTM D3176에 따라 결정되었다.
● WC= 전체 세포
● 차르 없음= 데이터는 사전 차르 샘플에서 수집되었다.
● 미세척= 데이터는 임의의 사후 탄화 세척 전에 수집되었다.
● 탈지된 나노클로롭시스= 샘플링 전에 용매 제거를 통해 지질 분자가 제거되었다.
● 탈지/탈단백질된 나노클로롭시스= 지질 및 단백질 둘 모두가 별도의 공정을 통해 제거되었다.
● 온도는 지정된 시간 동안 샘플이 탄화된 온도를 나타낸다.
● 바이오매스 기원/대체 명명 구조:
● E. 콜리 - 내부 균주
● 효모-내부 균주 폐기물 바이오매스
● 전체 세포 스피룰리나- Earthrise 상표- 소매점에서 구입함
● 전체 세포 나노클로롭시스- Qualitas Health
● 전체 세포 클로렐라- 소매점에서 구입한 Manna 상표
● 소나무 톱밥- 상업적으로 구입함
● 탈지된 나노클로롭시스- Qualitas Health
● 탈지/탈단백질된 나노클로롭시스- Qualitas Health
표 5:
표 6:
실시예 4:
하기 데이터 표(표 7 및 8) 및 도 21-26은 여러 상이한 형태의 스피룰리나 종에 대해 수집된 데이터를 강조한다. 실험명: 사전 세척
바이오매스 세척 세부사항:
● 1L 에를렌마이어 플라스크에서 1:25 바이오매스 비율(500 mL 세척 부피에서 20 g LinaX)
● 세척:
● 산: 1% 무리아트산(500 mL 탈이온수 중 15.9 mL)
● 물: 탈이온수(가능한 한 많은 산 및 염 등이 제거되는 것을 확실하게 하기 위해 2 x 물로 세척함)
● 150 rpm의 인큐베이터에서 RT에서 각각의 세척에 대해 15분 진탕 인큐베이션
● 각각의 플라스크를 10 x 50 mL 팔콘 튜브에서 5000 x g에서 원심분리하고, S/N을 붓고, 건조 상태로 두거나, 펠렛을 동일한 부피의 물에 재현탁하고, 세척 인큐베이션을 위해 플라스크로 복귀시킨다.
● 인큐베이터에서 55C에서 팔콘 튜브 O/N에서 펠렛으로 세척된 샘플을 건조시킨다.
기호풀이:
● 공업분석 - ASTM D3172에 따라 결정된 수분, 회분, 휘발성 물질 및 고정 탄소의 검정.
● 원소분석 - 석탄 및 코크의 경우, 완전 연소의 기체 생성물에서 발견되는 바와 같은 물질의 탄소 및 수소의 결정, 전체로서 물질 내의 황, 질소 및 회분의 결정, 및 차이에 의한 산소의 계산. 이러한 데이터는 ASTM D3176에 따라 결정되었다.
● WC= 전체 세포
● 차르 없음= 데이터는 사전 차르 샘플에서 수집되었다.
● 미세척= 데이터는 임의의 사후 탄화 세척 전에 수집되었다.
● 사후 차르 세척= 데이터는 탄화 물질에 대해 수행된 산 세척 후 수집되었다.
● 산.물= 샘플은 산 용액으로 세척되고, 탄화 전에 수용액으로 세척되었다.
● 산= 탄화 전에 샘플이 산 용액으로 세척되었다.
● 물= 탄화 전에 샘플이 수용액으로 세척되었다.
● 온도는 지정된 시간 동안 샘플이 탄화된 온도를 나타낸다.
● 바이오매스 기원/대체 명명 구조:
● 스피룰리나: Earthrise Nutraceuticals
표 7:
표 8:
실시예 5:
하기 데이터 표(표 9 및 10) 및 도면은 여러 상이한 형태의 스피룰리나 종에 대해 수집된 데이터를 강조한다. 실험명: 회분 시험.
바이오매스 세척 세부사항:
● 1L 에를렌마이어 플라스크에서 1:25 바이오매스 비율(500 mL 세척 부피에서 20 g LinaX)
● 세척:
● 산: 1% 무리아트산(500 mL 탈이온수 중 15.9 mL)
● 물: 탈이온수(가능한 한 많은 산 및 염 등이 제거되는 것을 확실하게 하기 위해 2 x 물로 세척함)
● 150 rpm의 인큐베이터에서 RT에서 각각의 세척에 대해 15분 진탕 인큐베이션
● 각각의 플라스크를 10 x 50 mL 팔콘 튜브에서 5000 x g에서 원심분리하고, S/N을 붓고, 건조 상태로 두거나, 펠렛을 동일한 부피의 물에 재현탁하고, 세척 인큐베이션을 위해 플라스크로 복귀시킨다.
● 인큐베이터에서 55C에서 팔콘 튜브 O/N에서 펠렛으로 세척된 샘플을 건조시킨다.
기호풀이:
● 공업분석 - ASTM D3172에 따라 결정된 수분, 회분, 휘발성 물질 및 고정 탄소의 검정.
● 원소분석 - 석탄 및 코크의 경우, 완전 연소의 기체 생성물에서 발견되는 바와 같은 물질의 탄소 및 수소의 결정, 전체로서 물질 내의 황, 질소 및 회분의 결정, 및 차이에 의한 산소의 계산. 이러한 데이터는 ASTM D3176에 따라 결정되었다.
● 미탄화/미세척= 재료가 어떤 형태로도 사전 세척되지 않았으며 탄화되지 않았다.
● 탄화/미세척= 재료가 500c에서 탄화되었지만, 탄화 공정 전 또는 후에 제품 세척이 발생하지 않았다.
● 탄화/세척= 재료가 탄화된 후, 탄화 공정 후 물 헹굼과 함께 산 세척되었다.
● 미세척= 데이터는 임의의 사후 탄화 세척 전에 수집되었다.
● 온도는 지정된 시간 동안 샘플이 탄화된 온도를 나타낸다.
● 바이오매스 기원/대체 명명 구조:
● 스피룰리나: Earthrise Nutraceuticals
표 9:
표 10: 실험 분석
실시예 6:
하기 데이퍼 표(표 11 및 12)는 임의의 시험 또는 데이터 수집 전에 Living Ink 이외에 다른 존재물에 의해 사전 탄화된 상업용 바이오매스 샘플에서 수집된 데이터를 강조한다. 실험명: 상업용 바이오매스.
세척 세부사항:
● 산 세척 - 5 갤런 버킷에서 수행된 1% 무리아트산(5L 1% 산에서 200 g)을 사용한 1:25 바이오매스 비율. 20분 동안 세척한다. 세척된 차르를 필터 플레이트에 수집하였다. 5L로 물 세척을 후속시켰다. 필터 플레이트로부터 케이크를 수집하고, 실온에서 건조시켰다.
● 염기 세척 - 2% 소듐 하이드록시드를 사용한 1:25 바이오매스 비율 (50 ml의 2% NaOH 용액 중 2 g). 원심분리기를 사용하여 수집된 세척된 차르를 20분 동안 세척하였다. 이후, 50 ml 물로 세척하였다. 55℃에서 밤새 세척된 차르를 건조시켰다.
기호풀이:
● 공업분석 - ASTM D3172에 따라 결정된 수분, 회분, 휘발성 물질 및 고정 탄소의 검정.
● 원소분석 - 석탄 및 코크의 경우, 완전 연소의 기체 생성물에서 발견되는 바와 같은 물질의 탄소 및 수소의 결정, 전체로서 물질 내의 황, 질소 및 회분의 결정, 및 차이에 의한 산소의 계산. 이러한 데이터는 ASTM D3176에 따라 결정되었다.
● 미세척= 재료는 어떠한 형태로든 사후 차르 세척되지 않았다.
● 산/물= 차르 샘플을 산 용액으로 탄화 후 세척하고, 수용액으로 세척하였다.
● 염기/물= 차르 샘플을 염기 용액으로 탄화 후 세척하고, 수용액으로 세척하였다.
● 미세척= 데이터는 임의의 사후 탄화 세척 전에 수집되었다.
● 사후 차르 세척= 데이터는 탄화 물질에 대해 수행된 산 세척 후 수집되었다.
● 바이오매스 기원/대체 명명 구조:
○ 목재 기반 바이오차르: Wakefield Biochar에서 구입하였다.
○ 코코넛 차르: Cool Planet에서 구입하였다.
○ 대나무 차르: SEEK에서 구입하였다.
○ 혼합 바이오매스: Biochar Now에서 구입하였다.
표 11:
표 12:
본 발명의 개시는 바람직한 구현예를 참조하여 설명되었지만, 당업자는 개시된 장치, 시스템 및 방법의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 형태 및 세부사항이 변경될 수 있음을 인지할 것이다.
Claims (37)
- a. 미생물 바이오매스(biomass)의 열 처리를 수행하여 탄화된 바이오매스를 형성시키는 단계;
b. 탄화된 바이오매스를 세척하는 단계; 및
c. 탄화된 바이오매스를 약 0.01 마이크론 내지 약 100 마이크론의 입자 크기로 분쇄하여 밀링된 마이크로브차르(microbechar)를 형성시키는 단계를 포함하는,
미생물 바이오매스로부터 조작된 카본 블랙 안료를 생성하기 위한 방법. - 제1항에 있어서, 미생물 바이오매스가 복수의 원핵생물 세포로 구성되는 방법.
- 제2항에 있어서, 미생물 바이오매스가 탈색된 원핵생물 세포로 구성되는 방법.
- 제3항에 있어서, 탈색된 원핵생물 세포가 아르트로스피라(Arthrospira)인 방법.
- 제2항에 있어서, 원핵생물 세포의 평균 세포 크기가 20 μm 미만인 방법.
- 제1항에 있어서, 열 처리 단계 전에 미생물 바이오매스를 세척하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
- 제6항에 있어서, 세척이 산 세척인 방법.
- 제1항에 있어서, 미생물 바이오매스가 열 처리 단계 전에 약 30℃ 내지 약 300℃의 온도에서 건조되는 방법.
- 제6항에 있어서, 미생물 바이오매스가 수분 함량이 약 10% 미만으로 감소될 때까지 건조되는 방법.
- 제1항에 있어서, 세포의 열 처리가 열분해, 기화, 연소, 열-산화 분해, 반탄화(torrefaction), 열수 액화, 및 열수 탄화로 구성된 군으로부터 선택되는 공정에 의해 수행되는 방법.
- 제1항에 있어서, 열 처리 단계가 약 300℃ 내지 약 700℃의 온도 범위에서 수행되는 방법.
- 제1항에 있어서, 열 처리 단계가 약 1초 내지 약 24시간의 시간 간격 동안 수행되는 방법.
- 제12항에 있어서, 시간 간격이 약 5분 내지 약 40분인 방법.
- 제13항에 있어서, 시간 간격이 약 10분인 방법.
- 제12항에 있어서, 열 처리 단계가 탄화된 바이오매스가 약 20% 내지 약 30%의 고정된 탄소로 구성될 때까지 수행되는 방법.
- 제12항에 있어서, 열 처리 단계가 탄화 바이오매스 내의 공업분석(proximate) 휘발성 물질의 수준이 약 20% 미만이 될 때까지 수행되는 방법.
- 제12항에 있어서, 열 처리 단계가 탄화 바이오매스 내의 산소의 농도가 약 20% 미만이 될 때까지 수행되는 방법.
- 제12항에 있어서, 열 처리 단계가 산소 농도가 약 10 내지 15%가 될 때까지 수행되는 방법.
- 제18항에 있어서, 열 처리 단계가 탄화 바이오매스 내의 회분의 농도가 약 20% 미만이 될 때까지 수행되는 방법.
- 제1항에 있어서, 탄화 바이오매스의 세척이 산 세척이고, 상기 산 세척이 탄화 바이오매스의 pH를 약 2 미만으로 감소시키는 것을 포함하는 방법.
- 제20항에 있어서, 약 1분 내지 약 1시간의 시간 간격 동안 감소된 pH에서 탄화된 바이오매스를 세척하는 단계를 포함하는 방법.
- 제21항에 있어서, 산 세척 후에 탄화된 바이오매스를 물에서 세척하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
- 제22항에 있어서, 산 세척 및 후속 물 세척이 다공성 마이크로브차르를 생성하는 방법.
- 제1항에 있어서, 분쇄 단계가 볼/미디어 밀(ball/media mill), 롱 갭 밀(long gap mill), 공기 분류, 제트 밀(jet mill), 3롤 밀(three roll mill), 바스켓 밀(basket mill), 크라이오 밀(cryo mill) 및 사이클론 밀(cyclone mill)로 구성된 군으로부터 선택되는 장치에 의해 수행되는 방법.
- 제1항에 있어서, 분쇄 단계가 조 크러셔(jaw crusher), 해머 밀(hammer mill), 소 밀(saw mill), 충격 건조기 밀(impact dryer mill), 과립기(granulator), 길로틴(guillotine), 충격 건조기 밀(impact dryer mill), 럼프 브레이커(lump breaker), 나이프 밀(knife mill), 핀 밀(pin mill), 롤러 크러셔(roller crusher), 로터리 밀(rotary mill), 진동 텀블러(vibratory tumbler) 또는 마그네틱 텀블러(magnetic tumbler)의 사용 없이 수행되는 방법.
- 제1항에 있어서, 분쇄 단계가 밀링된 마이크로브차르의 평균 입자 크기 직경이 약 10 마이크론 미만이 될 때까지 수행되는 방법.
- 제1항에 있어서, 분쇄 단계가 분쇄 동안 하나 이상의 기계적 분쇄 첨가제를 탄화된 바이오매스에 첨가하는 단계를 포함하고, 상기 기계적 분쇄 첨가제가 직경이 약 1/32 인치 내지 약 5인치 범위의 입자 크기를 갖는 방법.
- 제1항에 있어서, 분쇄 단계가 분쇄 동안 하나 이상의 화학적 분쇄 첨가제를 탄화된 바이오매스에 첨가하는 단계를 포함하는 방법.
- 제28항에 있어서, 하나 이상의 화학적 분쇄 첨가제가 분산제, 계면활성제, 습윤제, 버니싱(burnishing) 화합물, 비누 세제, 과분산제, 비이온성 고-HLB 폴리알콕실화 계면활성제, 비-이온성 중합체, 소포제, 물, 수지, 표면 장력 개질제, 소수성 음이온성 중합체, 아세틸렌계 디올, 및 아세틸렌디올로 구성된 목록으로부터 선택되는 방법.
- 제1항에 있어서, 분쇄 단계 후에 밀링된 마이크로브차르를 변형시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
- 제30항에 있어서, 탄화된 바이오매스의 변형이 탄화된 바이오매스에 화학적 처리를 첨가하는 것에 의한 것인 방법.
- 제31항에 있어서, 화학적 첨가제가 방향족 화합물, 알콜, 계면활성제, 오일/지방/지방산/지질, 물, 이온성 액체, 수소화, 화학적 가수분해, 효소적 가수분해, 알칼리 용매, 이산화탄소, 염소 가스, 황 가스, 질소 가스 및 산소 가스로 구성된 목록으로부터 선택되는 방법.
- 제30항에 있어서, 밀링된 마이크로브차르의 변형이 마이크로브차르를 건조시키는 것을 포함하는 방법.
- 제33항에 있어서, 건조 단계가 응집에 의한 것인 방법.
- 제1항에 있어서, 건조 단계가 마이크로브차르의 수분 함량이 약 8% 미만으로 감소될 때까지 수행되는 방법.
- a. 미생물 바이오매스의 열 처리를 수행하는 단계로서, 상기 미생물 바이오매스가 탄화된 바이오매스를 형성시키기 위해 복수의 탈색된 아르트로스피라 세포를 포함하는, 단계; 및
b. 탄화된 바이오매스를 약 0.01 마이크론 내지 약 100 마이크론의 입자 크기로 분쇄하여 밀링된 마이크로브차르를 형성시키는 단계를 포함하는,
미생물 바이오매스로부터 조작된 카본 블랙 안료를 생성하기 위한 방법. - 약 0.01 마이크론 내지 약 100 마이크론의 입자 크기를 갖는 미생물 바이오매스로부터 유래된 탄화된 바이오매스를 포함하는 조작된 카본 블랙 안료.
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