WO2013162163A1 - 항균기능을 갖는 식물 재배용 항균볼 및 이를 이용한 식물 재배방법 - Google Patents

항균기능을 갖는 식물 재배용 항균볼 및 이를 이용한 식물 재배방법 Download PDF

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WO2013162163A1
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ball
antimicrobial
plant cultivation
antibacterial
plant
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박충권
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(주)더몰론코리아
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    • C05G3/00—Mixtures of one or more fertilisers with additives not having a specially fertilising activity
    • C05G3/60—Biocides or preservatives, e.g. disinfectants, pesticides or herbicides; Pest repellants or attractants

Definitions

  • the present invention relates to an antibacterial ball for plant cultivation having an antibacterial function and a plant cultivation method using the same, and specifically, to a metal nanoparticle-containing silica nanotube containing metal nanoparticles in a silica nanotube, a zeolite powder is mixed with an antibacterial ball. And by applying it to the soil or medium in which the plant is grown, to effectively suppress the growth of various bacteria and fungi inhabiting the roots of the plant to increase the growth and yield of the plant as well as to see
  • the present invention relates to an antimicrobial ball for plant cultivation and a plant cultivation method using the same, which are manufactured in the form of a ball and applied to the soil or the medium, as well as mixed with the soil or the medium, and do not interfere with plant rooting.
  • culture soil prepared by mixing stone powder, such as hard oxotho, holiday soil, and baked clay balls is widely used as the soil used for plant cultivation.
  • the culture soil alone is used for various bacteria and fungi that inhabit the roots of plants. There was a problem that can not suppress the proliferation of.
  • the Republic of Korea Patent Publication No. 10-0724802 discloses that blood containing at least one or more of colloidal nano-sized silver powder, resin powder, ceramic powder, ocher powder, and stainless powder By mixing the mixed powder and the usual caking agent as raw materials, by forming the embossed sheet in the form of through-holes and suggesting a technique for placing at one end of the cultivation vessel, various drugs having antibacterial and anti-fungal effects are introduced. It was attempted to suppress the growth of harmful bacteria in the soil by the embossed sheet without having to.
  • the conventional technology as described above simply comprises a silver powder and a conventional caking agent, when the silver powder is simply included as described above, the silver powder is oxidized by the common caking agent to effectively express antimicrobial activity. There was a problem that became difficult.
  • the sheet-like member as described above not only do not mix well with the soil as the horizontal area occupies in the soil, but also hinder the rooting of the plant, which causes the growth and yield of the plant is reduced. There was a problem.
  • the present invention is to solve the above-mentioned problems, unlike the prior art of simply mixing the silver powder with the binder, the zeolite powder is mixed with the metal nanoparticle-containing silica nanotubes containing the metal nanoparticles in the silica nanotubes.
  • the metal nanoparticles By manufacturing an antibacterial ball, while improving the dispersibility of the metal nanoparticles, the metal nanoparticles By containing silica nanotubes and zeolite, excellent antimicrobial performance can be realized, and by applying the antimicrobial balls as described above to soil or medium in which plants are grown, the growth of various bacteria and fungi in the roots of plants can be effectively suppressed.
  • An object of the present invention is to provide an antibacterial ball for plant cultivation and a plant cultivation method using the same, which has an antibacterial function for increasing plant growth and yield.
  • Another object of the present invention is to provide an antibacterial ball for plant cultivation and a plant cultivation method using the same to further increase yields.
  • the present invention is made by mixing 70 to 95% by weight of zeolite powder and 5 to 30% by weight of the metal nanoparticle-containing silica nanotubes, the antibacterial ball for plant cultivation having an antimicrobial function, characterized in that formed in the form of a ball (ball) It is to solve the problem.
  • the mixture is calcined at 1000 to 1100 ° C.
  • the zeolite is used alone or in combination of one or more of clay, kaolin, illite, calcium carbonate, it is preferable to use in combination with 1 to 50 parts by weight based on 100 parts by weight of zeolite.
  • the metal nanoparticle-containing silica nanotubes contain 20000 to 100000 ppm of metal nanoparticles in silica nanotubes having an average internal diameter of 30 to 60 nm and an average length of 10 to 30 ⁇ m.
  • the metal nanoparticle is preferably silver (Ag), copper (Cu), manganese (Mn) or zinc (Zn).
  • the particle size is preferably 0.1 ⁇ 50 ⁇ m.
  • the antibacterial ball for plant cultivation having the antimicrobial function is preferably 1 to 15mm in diameter.
  • the present invention unlike the prior art of simply mixing the silver powder with a binder, the metal nanoparticles by mixing the zeolite powder to the metal nanoparticle-containing silica nanotubes containing the metal nanoparticles in the silica nanotubes, thereby producing the metal nanoparticles
  • the metal nanoparticles while improving the dispersibility of the particles
  • silica nanotubes and zeolite excellent antimicrobial performance can be realized, and by applying the antimicrobial balls as described above to soil or medium in which plants are grown, the growth of various bacteria and fungi in the roots of plants can be effectively suppressed.
  • FIG. 1 is a schematic view showing a metal nanoparticle-containing silica nanotubes applied to the antibacterial ball for plant cultivation having an antimicrobial function according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a TEM (5000 times magnified) photograph of the metal nanoparticle-containing silica nanotubes of FIG.
  • Figure 3 is a flow chart showing a plant cultivation method using the antibacterial ball for plant cultivation having an antibacterial function according to an embodiment of the present invention
  • Figure 4 is a photograph showing the plant growth state of the soil and the soil applied to the antimicrobial ball for plant cultivation having an antimicrobial function of the present invention
  • Figure 5 is a photograph showing the root state of the plants cultivated in the soil with and without the soil applied to the antibacterial ball for plant cultivation having an antimicrobial function of the present invention
  • Figure 6 is a photograph showing the plant yield of the soil to which the antimicrobial ball for plant cultivation having an antimicrobial function of the present invention and not applied soil
  • the present invention for achieving the above effect relates to an antibacterial ball for plant cultivation having an antimicrobial function and a plant cultivation method using the same, and only parts necessary for understanding the technical configuration of the present invention are described, and the description of other parts of the present invention. It should be noted that it will be omitted so as not to distract the subject matter.
  • Antibacterial ball for plant cultivation having an antimicrobial function is made by mixing 70 to 95% by weight of zeolite powder and 5 to 30% by weight of the metal nanoparticle-containing silica nanotubes, characterized in that formed in the form of a ball (ball) It is done.
  • the zeolite powder used in the present invention is an inorganic ceramic material which is mixed with a metal nanoparticle-containing silica nanotube which will be described later by powdering a natural zeolite to impart antimicrobial performance to the antibacterial ball.
  • the amount of the zeolite powder is less than 70% by weight, the amount of the metal nanoparticle-containing silica nanotubes is relatively increased, which may be uneconomical.
  • the metal nanoparticle-containing silica Since the amount of the nanotubes used is relatively reduced, there is a fear that the antimicrobial activity is not sufficiently expressed.
  • the zeolite powder the particle size is preferably 0.1 ⁇ 50 ⁇ m, when the particle size is less than 0.1 ⁇ m there is a fear that the antimicrobial effect is insufficient, when the size exceeds 50 ⁇ m, containing the metal nanoparticles There is a fear that the mixing with the silica nanotubes and the molding into the ball shape may not be easy.
  • the zeolite may be used alone as described above, but may be used in combination of one or more of white clay, kaolin, illite, calcium carbonate, and when used in combination as described above, based on 100 parts by weight of zeolite 1 It is preferable to use in combination with ⁇ 50 parts by weight. If the amount of the clay, kaolin, illite, calcium carbonate is more than 50 parts by weight, porosity due to zeolite may be weakened.
  • Metal nanoparticle-containing silica nanotubes used in the present invention the applicant has already been registered in the patent application in the Republic of Korea No. 10-1010677 is added to give antimicrobial performance to the antibacterial ball, specifically, Figure 1
  • the metal nanoparticles 20 are adsorbed in the fine pores formed in the body 10 of the porous silica nanotubes
  • the metal nanoparticles contain 20000 to 100000 ppm. If the content of the particles is less than 20000ppm, there is a fear that the antimicrobial action is not fully expressed. If the content of the metal nanoparticles exceeds 100000ppm, the production cost of the metal nanoparticle-containing silica nanotubes does not increase significantly. There is a fear that an uneconomic problem that raises the cost may occur.
  • the metal nanoparticles are preferably silver (Ag), copper (Cu), manganese (Mn) or zinc (Zn) in consideration of antimicrobial activity and manufacturing cost.
  • the silica nanotubes preferably have an average inner diameter (d) of 30 to 60 nm, an average length (l) of 10 to 30 ⁇ m, the average inner diameter and average length of the silica nanotubes outside the range defined above. In this case, there is a fear that the dispersing force is lowered due to entanglement of the metal nanoparticles themselves.
  • the metal nanoparticle-containing silica nanotubes as described above when the amount of the antimicrobial agent is used 5 to 30% by weight to constitute the antibacterial ball is less than 5% by weight, there is a fear that the antibacterial performance is not sufficiently expressed, 30 When the weight percentage is exceeded, there is a concern that an uneconomical problem of increasing the manufacturing cost of the antibacterial ball does not increase significantly.
  • the antimicrobial ball produced by mixing the zeolite powder in the metal nanoparticle-containing silica nanotube containing the metal nanoparticles in the silica nanotube as described above the diameter is preferably 1 to 15mm, the diameter is less than 1mm
  • the amount of antibacterial balls used may be uneconomical, and when it exceeds 15 mm, there is a fear that the rooting of plants may be prevented.
  • Plant cultivation method using the antibacterial ball for plant cultivation according to the present invention comprising the step of preparing the antibacterial ball (S1) and mixing the antibacterial ball in the soil or medium (S2) do.
  • the step of preparing the antimicrobial ball (S1) is mixed with 70 to 95% by weight of zeolite powder and 5 to 30% by weight of the silica nanotube containing metal nanoparticles, and then calcined to 1000 ⁇ 1100 °C antibacterial ball
  • the firing temperature is less than 1000 °C, there is a fear that the color and shape is deformed, if it exceeds 1100 °C, there is a fear that carbonized easily broken.
  • the critical significance for the function and content of each composition is already described above and will be omitted.
  • Mixing the antimicrobial ball to soil or medium (S2) is a step of mixing the prepared antimicrobial ball to 10 to 20 parts by weight, based on 100 parts by weight of the soil or medium, the mixing amount of the antimicrobial ball is less than 10 parts by weight In this case, there is a fear that the antimicrobial performance is not sufficiently expressed, if it exceeds 20 parts by weight, the antibacterial performance is not significantly increased according to the amount of the antimicrobial ball increases, there is a fear that an uneconomical problem of raising the cultivation cost.
  • zeolite powder having a particle size of 10 ⁇ m, 15 wt% of copper nanoparticle-containing silica nanotubes containing 70000 ppm of copper nanoparticles, and silica nanotubes having an average internal diameter of 45 nm and an average length of 20 ⁇ m
  • S1 antibacterial ball for plant cultivation
  • S2 prepared antimicrobial ball, mixed with 100 parts by weight of soil, 18 parts by weight
  • a ball 5mm
  • it was calcined at 1000 °C to produce an antibacterial ball for plant cultivation (S1), and the prepared antimicrobial ball was mixed to 15 parts by weight with respect to 100 parts by weight of soil (S2).
  • Cultured soil was used in which 50 parts by weight of hard oxotho was mixed with respect to 100 parts by weight of general soil.
  • Antibacterial activity test against Escherichia coli and Staphylococcus aureus was conducted according to KS J 4206: 2008 (Antibacterial products, Antimicrobial test methods, Antimicrobial effects). It is the same as [Table 1] below.
  • test strains were Escherichia coli ATCC 8739 and Staphylococcus aureus ATCC 6538p, respectively.
  • Ginseng was cultivated in the soil prepared by Examples 1 to 3 and Comparative Example 1, and ginseng was harvested at the same time to evaluate ginseng growth status, ginseng root status and yield, and the results are shown in FIGS. Indicated.
  • Example 1 Example 2
  • Example 3 Example 4 Comparative Example 1 E, coli 6.1 log (more than 99.99% antibacterial effect) 5.9 log (more than 99.99% antibacterial effect) 5.8 log (more than 99.99% antibacterial effect) 5.7 log (more than 99.99% antibacterial effect) No antimicrobial effect S.aureus 3.4 log (more than 99.90% antibacterial effect) 3.7 log (more than 99.90% antibacterial effect) 3.5 log (more than 99.90% antibacterial effect) 3.3 log (more than 99.99% antibacterial effect)
  • the fungus used fusarium oxysporum, Trichophyton metagrophytes, and the medium and reagents were Phosphate Buffer, Potato Dextrose Agar (PDA), Glucose.
  • Agar medium Sabouraud's Dextrose Agar (SDA) was used, and as a pretreatment, Fusarium oxysporum was activated on potato agar medium for 5 days, and trichophyton metagrophytes were activated on glucose agar medium for 5 days.
  • the antimicrobial agent according to Examples 1 to 4 and the hard oxotoxin according to Comparative Example 1 were sterilized and dried for 24 hours through UV irradiation.
  • the present invention is made by mixing 70 to 95% by weight of zeolite powder and 5 to 30% by weight of the metal nanoparticle-containing silica nanotubes, the antibacterial ball for plant cultivation having an antimicrobial function, characterized in that formed in the form of a ball (ball) It is set as the form for implementation of the invention.
  • the zeolite is used alone or in combination of one or more of clay, kaolin, illite, calcium carbonate, it is preferable to use in combination with 1 to 50 parts by weight based on 100 parts by weight of zeolite.
  • the metal nanoparticle-containing silica nanotubes contain 20000 to 100000 ppm of metal nanoparticles in silica nanotubes having an average internal diameter of 30 to 60 nm and an average length of 10 to 30 ⁇ m.
  • the metal nanoparticle is preferably silver (Ag), copper (Cu), manganese (Mn) or zinc (Zn).
  • the particle size is preferably 0.1 ⁇ 50 ⁇ m.
  • the antibacterial ball for plant cultivation having the antimicrobial function is preferably 1 to 15mm in diameter.
  • the present invention in the plant cultivation method using an antibacterial ball for plant cultivation having an antibacterial function, after mixing 70 to 95% by weight of zeolite powder and 5 to 30% by weight of silica nanotube containing metal nanoparticles, 1000 ⁇ 1100 °C Calcining with an antimicrobial ball (S1); And a step of mixing the prepared antimicrobial ball to 10 parts by weight to 20 parts by weight of the soil or the medium (S2); plant cultivation method using a plant cultivation antimicrobial ball having an antimicrobial function comprising a.
  • S1 antimicrobial ball
  • S2 antimicrobial ball
  • the present invention unlike the prior art of simply mixing the silver powder with a binder, the metal nanoparticles by mixing the zeolite powder to the metal nanoparticle-containing silica nanotubes containing the metal nanoparticles in the silica nanotubes, thereby producing the metal nanoparticles
  • the metal nanoparticles while improving the dispersibility of the particles
  • silica nanotubes and zeolite excellent antimicrobial performance can be realized, and by applying the antimicrobial balls as described above to soil or medium in which plants are grown, the growth of various bacteria and fungi in the roots of plants can be effectively suppressed.

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Abstract

본 발명은 항균기능을 갖는 식물 재배용 항균볼 및 이를 이용한 식물 재배방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 실리카 나노튜브에 금속 나노입자를 함유시킨 금속 나노입자 함유 실리카 나노튜브에, 제올라이트 분말을 혼합하여 항균볼을 제조함으로써, 금속 나노입자의 분산력을 향상시키면서도 상기 금속 나노입자 함유 실리카 나노튜브와 제올라이트에 의해 우수한 항균성능을 구현할 수 있으며, 상기와 같은 항균볼을 식물이 재배되는 토양 또는 배지에 적용함으로써, 식물의 뿌리에서 서식하는 각종 세균 및 곰팡이의 증식을 효율적으로 억제하여 식물의 생장과 수확량을 증가시킬 수 있도록 하며, 또한, 종래 기술과 같은 시트형태의 항균수단과 달리, 볼(ball) 형태의 항균볼을 토양 또는 배지에 적용함으로써, 토양 또는 배지와 잘 섞일 뿐만 아니라 식물의 발근을 방해하지 않음에 따라 식물의 생장과 수확량을 더욱 증가시킬 수 있도록 하는 식물 재배용 항균볼 및 이를 이용한 식물 재배방법에 관한 것이다.

Description

항균기능을 갖는 식물 재배용 항균볼 및 이를 이용한 식물 재배방법
본 발명은 항균기능을 갖는 식물 재배용 항균볼 및 이를 이용한 식물 재배방법에 관한 것으로, 구체적으로는 실리카 나노튜브에 금속 나노입자를 함유시킨 금속 나노입자 함유 실리카 나노튜브에, 제올라이트 분말을 혼합하여 항균볼을 제조하고, 이를 식물이 재배되는 토양 또는 배지에 적용함으로써, 식물의 뿌리에서 서식하는 각종 세균 및 곰팡이의 증식을 효율적으로 억제하여 식물의 생장과 수확량을 증가시킬 수 있도록 할 뿐만 아니라 상기와 같이 볼(ball) 형태로 제조되어 토양 또는 배지에 적용됨에 따라 토양 또는 배지와 잘 섞일 뿐만 아니라 식물의 발근을 방해하지 않도록 하는 항균기능을 갖는 식물 재배용 항균볼 및 이를 이용한 식물 재배방법에 관한 것이다.
일반적으로 식물재배에 사용되는 토양은, 일반토양에 경질 녹소토, 휴가토, 구운 클레이볼 등과 같은 석분을 혼합하여 제조한 배양토가 널리 사용되고 있으나, 상기 배양토만으로는 식물의 뿌리에서 서식하는 각종 세균 및 곰팡이의 증식을 억제할 수 없는 문제점이 있었다.
따라서, 상기 배양토에 별도의 항균 및 항곰팡이 효과를 가지는 여러 가지 약제를 투입하거나 분무하고 있으나, 이는 매번 약제를 투입하여야 하는 번거로움과 약제 구입에 소요되는 비용이 사용자들에게는 부담스러운 일이며, 또한, 상기와 같은 약제를 사용한 식물은 소비자가 구입을 꺼려 제품가치가 떨어질 뿐만 아니라 상기와 같은 약제가 생활폐수를 오염시키는 문제점이 있었다.
따라서, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 대한민국 등록특허공보 제10-0724802호에서는 나노은(Colloidal Nano-sized Silver)분말, 수지재분말, 세라믹분말, 황토분말, 스테인레스 분말 중 적어도 1종류 이상을 포함한 피혼합분말과 통상의 점결제를 혼합하여 원재료로 하고, 이를 통공이 형성된 엠보싱 형태의 시트 형태로 성형하여 재배용기의 일단에 위치시키는 기술을 제안함으로써, 항균 및 항곰팡이 효과를 가지는 여러 가지 약제를 투입하지 않고도 상기 엠보싱 형태의 시트에 의해 토양 내의 유해세균의 증식을 억제하고자 하였다.
하지만, 상기와 같은 종래의 기술은 단순히 은 분말과 통상의 점결제를 포함하는 구성으로써, 상기와 같이 단순히 은 분말이 포함될 경우, 상기 통상의 점결제에 의해 은 분말이 산화되어 항균성이 효과적으로 발현되기 어렵게 되는 문제점이 있었다.
그리고, 상기와 같이 산화되는 은 분말을 보완하기 위해 다량의 은 분말을 첨가할 경우, 은 분말이 점결제 내에서 상호 응집되어 제대로 분산되지 않아 항균성능을 제대로 발휘하지 못하는 문제점이 있었다.
아울러, 상기와 같은 시트형태의 부재는 토양에서 차지하는 수평면적이 넓음에 따라 토양과 잘 섞이지 않을 뿐만 아니라 식물의 발근(發根)을 방해하게 되며, 이는 식물의 생장과 수확량을 감소시키는 원인이 되는 문제점이 있었다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 은 분말을 점결제와 함께 단순히 혼합하는 종래기술과 달리, 실리카 나노튜브에 금속 나노입자를 함유시킨 금속 나노입자 함유 실리카 나노튜브에, 제올라이트 분말을 혼합하여 항균볼을 제조함으로써, 금속 나노입자의 분산력을 향상시키면서도 상기 금속 나노입자 함유 실리카 나노튜브와 제올라이트에 의해 우수한 항균성능을 구현할 수 있으며, 상기와 같은 항균볼을 식물이 재배되는 토양 또는 배지에 적용함으로써, 식물의 뿌리에서 서식하는 각종 세균 및 곰팡이의 증식을 효율적으로 억제하여 식물의 생장과 수확량을 증가시킬 수 있도록 하는 항균기능을 갖는 식물 재배용 항균볼 및 이를 이용한 식물 재배방법을 제공함을 과제로 한다.
아울러, 종래 기술과 같은 시트형태의 항균수단과 달리, 볼(ball) 형태의 항균볼을 토양 또는 배지에 적용함으로써, 토양 또는 배지와 잘 섞일 뿐만 아니라 식물의 발근을 방해하지 않음에 따라 식물의 생장과 수확량을 더욱 증가시킬 수 있도록 하는 식물 재배용 항균볼 및 이를 이용한 식물 재배방법을 제공함을 다른 과제로 한다.
본 발명은 제올라이트 분말 70 ~ 95 중량% 및 금속 나노입자 함유 실리카 나노튜브 5 ~ 30 중량%를 혼합하여 이루어지되, 볼(ball) 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 항균기능을 갖는 식물 재배용 항균볼을 과제의 해결 수단으로 한다.
그리고, 항균기능을 갖는 식물 재배용 항균볼을 이용한 식물 재배방법에 있어서, 제올라이트 분말 70 ~ 95 중량% 및 금속 나노입자 함유 실리카 나노튜브 5 ~ 30 중량%를 혼합한 후, 1000 ~ 1100℃로 소성하여 항균볼을 제조하는 단계(S1); 및 상기 제조된 항균볼을 토양 또는 배지 100 중량부에 대하여, 10 ~ 20 중량부로 혼합하는 단계(S2);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 항균기능을 갖는 식물 재배용 항균볼을 이용한 식물 재배방법을 과제의 다른 해결 수단으로 한다.
한편, 상기 제올라이트는, 단독 또는 백토, 고령토, 일라이트, 탄산칼슘 중에서 1종 이상 병용하여 사용하되, 제올라이트 100 중량부에 대하여 1 ~ 50 중량부를 병용하여 사용하는 것이 바람직하다.
아울러, 상기 금속 나노입자 함유 실리카 나노튜브는, 평균 내경이 30 ~ 60nm, 평균 길이가 10 ~ 30㎛인 실리카 나노튜브에 금속 나노입자가 20000 ~ 100000ppm 함유되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 금속 나노입자는, 은(Ag), 동(Cu), 망간(Mn) 또는 아연(Zn)인 것이 바람직하다.
또한, 상기 제올라이트 분말은, 입자의 크기가 0.1 ~ 50㎛인 것이 바람직하다.
또한, 상기 항균기능을 갖는 식물 재배용 항균볼은, 직경이 1 ~ 15mm인 것이 바람직하다.
본 발명은 은 분말을 점결제와 함께 단순히 혼합하는 종래기술과 달리, 실리카 나노튜브에 금속 나노입자를 함유시킨 금속 나노입자 함유 실리카 나노튜브에, 제올라이트 분말을 혼합하여 항균볼을 제조함으로써, 금속 나노입자의 분산력을 향상시키면서도 상기 금속 나노입자 함유 실리카 나노튜브와 제올라이트에 의해 우수한 항균성능을 구현할 수 있으며, 상기와 같은 항균볼을 식물이 재배되는 토양 또는 배지에 적용함으로써, 식물의 뿌리에서 서식하는 각종 세균 및 곰팡이의 증식을 효율적으로 억제하여 식물의 생장과 수확량을 증가시킬 수 있도록 하며, 또한, 종래 기술과 같은 시트형태의 항균수단과 달리, 볼(ball) 형태의 항균볼을 토양 또는 배지에 적용함으로써, 토양 또는 배지와 잘 섞일 뿐만 아니라 식물의 발근을 방해하지 않음에 따라 식물의 생장과 수확량을 더욱 증가시킬 수 있도록 하는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 항균기능을 갖는 식물 재배용 항균볼에 적용되는 금속 나노입자 함유 실리카 나노튜브를 나타낸 개략도
도 2는 도 1의 금속 나노입자 함유 실리카 나노튜브를 찍은 TEM(5000배 확대) 사진
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 항균기능을 갖는 식물 재배용 항균볼을 이용한 식물 재배방법을 나타낸 흐름도
도 4는 본 발명의 항균기능을 갖는 식물 재배용 항균볼이 적용된 토양과 적용하지 않은 토양의 식물 생장 상태를 나타낸 사진
도 5는 본 발명의 항균기능을 갖는 식물 재배용 항균볼이 적용된 토양과 적용하지 않은 토양에서 각각 재배된 식물의 뿌리상태를 나타낸 사진
도 6은 본 발명의 항균기능을 갖는 식물 재배용 항균볼이 적용된 토양과 적용하지 않은 토양의 식물 수확율을 나타낸 사진
상기의 효과를 달성하기 위한 본 발명은 항균기능을 갖는 식물 재배용 항균볼 및 이를 이용한 식물 재배방법에 관한 것으로서, 본 발명의 기술적 구성을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.
이하 본 발명에 따른 항균기능을 갖는 식물 재배용 항균볼을 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 항균기능을 갖는 식물 재배용 항균볼은, 제올라이트 분말 70 ~ 95 중량% 및 금속 나노입자 함유 실리카 나노튜브 5 ~ 30 중량%를 혼합하여 이루어지되, 볼(ball) 형태로 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 사용되는 제올라이트 분말은, 천연 제올라이트를 분말화시킨 것으로써, 후술되어질 금속 나노입자 함유 실리카 나노튜브와 혼합되어 항균볼에 항균성능을 부여하는 무기계 세라믹 물질이다. 이때, 상기 제올라이트 분말의 사용량이 70 중량% 미만일 경우, 상기 금속 나노입자 함유 실리카 나노튜브의 사용량이 상대적으로 증가하여 비경제적일 우려가 있으며, 95 중량%를 초과할 경우, 상기 금속 나노입자 함유 실리카 나노튜브의 사용량이 상대적으로 감소하여 항균성능이 충분히 발현되지 않을 우려가 있다.
이때, 상기 제올라이트 분말은, 입자의 크기가 0.1 ~ 50㎛인 것이 바람직하며, 입자의 크기가 0.1㎛ 미만일 경우에는 항균효과가 미비해질 우려가 있으며, 50㎛를 초과할 경우, 상기 금속 나노입자 함유 실리카 나노튜브와의 혼합 및 볼 형태로의 성형이 용이하지 않을 우려가 있다.
아울러, 상기 제올라이트는 상술한 바와 같이, 단독으로 사용할 수도 있으나, 백토, 고령토, 일라이트, 탄산칼슘 중에서 1종 이상 병용하여 사용할 수 있으며, 상기와 같이 병용하여 사용할 경우, 제올라이트 100 중량부에 대하여 1 ~ 50 중량부를 병용하여 사용하는 것이 바람직한데. 상기 백토, 고령토, 일라이트, 탄산칼슘의 사용량이 50 중량부를 초과할 경우, 제올라이트에 의한 다공성이 약해질 우려가 있다.
본 발명에 사용되는 금속 나노입자 함유 실리카 나노튜브는, 본 출원인이 이미 대한민국에 특허출원하여 제10-1010677호로 등록받은 바 있는 것으로 항균볼에 항균성능을 부여하기 위해 첨가되며, 구체적으로는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 다공성 실리카 나노튜브의 몸체(10)에 형성된 미세한 기공 내에 금속 나노입자(20)가 흡착된 구조로써, 금속 나노입자가 20000 ~ 100000ppm 함유되는 것이 바람직한데, 금속 나노입자의 함유량이 20000ppm 미만이 될 경우에는 항균작용이 충분히 발현되지 않을 우려가 있고, 금속 나노입자의 함유량이 100000ppm을 초과할 경우 항균성능은 현저하게 증가하지 않으면서 금속 나노입자 함유 실리카 나노튜브의 제조원가를 상승시키는 비경제적인 문제점이 발생할 우려가 있다.
한편, 상기 금속 나노입자는, 항균성 및 제조원가 등을 고려하여 은(Ag), 동(Cu), 망간(Mn) 또는 아연(Zn)인 것이 바람직하다.
또한, 상기 실리카 나노튜브는 평균 내경(d)이 30 ~ 60nm, 평균 길이(ℓ)가 10 ~ 30㎛인 것이 바람직한데, 상기 실리카 나노튜브의 평균 내경과 평균 길이가 상기에서 한정한 범위를 벗어날 경우, 금속 나노입자 자체의 엉김현상 등에 의해 분산력이 저하될 우려가 있다.
한편, 상기와 같은 금속 나노입자 함유 실리카 나노튜브는 항균볼을 구성하기 위해 5 ~ 30 중량%가 사용되는 상기 항균제의 사용량이 5 중량% 미만일 경우, 항균성능이 충분히 발현되지 않을 우려가 있고, 30 중량%를 초과할 경우, 항균성능은 현저하게 증가하지 않으면서 항균볼의 제조원가를 상승시키는 비경제적인 문제점이 발생할 우려가 있다.
한편, 상기와 같이 실리카 나노튜브에 금속 나노입자를 함유시킨 금속 나노입자 함유 실리카 나노튜브에, 제올라이트 분말을 혼합하여 제조되는 항균볼은 그 직경이 1 ~ 15mm인 것이 바람직한데, 상기 직경이 1mm 미만일 경우, 항균볼의 사용량이 많아져 비경제적일 우려가 있으며, 15mm를 초과할 경우, 식물의 발근을 방해할 우려가 있다.
이하 본 발명에 따른 항균기능을 갖는 식물 재배용 항균볼을 이용한 식물 재배방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 식물 재배용 항균볼을 이용한 식물 재배방법은 도 3에 도시된 바와 같이, 항균볼을 제조하는 단계(S1) 및 상기 항균볼을 토양 또는 배지에 혼합하는 단계(S2)를 포함하여 구성된다.
구체적으로 설명하면, 상기 항균볼을 제조하는 단계(S1)는 제올라이트 분말 70 ~ 95 중량% 및 금속 나노입자 함유 실리카 나노튜브 5 ~ 30 중량%를 혼합한 후, 1000 ~ 1100℃로 소성하여 항균볼을 제조하는 단계로써, 상기 소성온도가 1000℃ 미만일 경우, 색상 및 형태가 변형될 우려가 있으며, 1100℃를 초과할 경우, 탄화되어 쉽게 부러질 우려가 있다. 한편, 상기 각 조성물의 기능 및 함량에 대한 임계적 의의는 이미 상술하였으므로 생략한다.
상기 항균볼을 토양 또는 배지에 혼합하는 단계(S2)는 상기 제조된 항균볼을 토양 또는 배지 100 중량부에 대하여, 10 ~ 20 중량부로 혼합하는 단계로써, 상기 항균볼의 혼합량이 10 중량부 미만일 경우, 항균성능이 충분히 발현되지 않을 우려가 있으며, 20 중량부를 초과할 경우, 항균볼의 혼합량 증가에 따라 향균성능이 현저하게 상승하지 않아 재배비용을 상승시키는 비경제적인 문제점이 발생할 우려가 있다.
이하, 본 발명의 구성을 아래 실시 예에 의해 상세히 설명하는바 본 발명의 구성은 아래의 실시예에 의해서만 반드시 한정되는 것은 아니다.
1. 식물 재배용 항균볼의 제조 및 토양과의 혼합
(실시예 1)
입자의 크기가 0.1㎛인 제올라이트 분말 95 중량%와, 평균 내경이 60nm, 평균 길이가 30㎛인 실리카 나노튜브에 은 나노입자가 20000ppm 함유된 은 나노입자 함유 실리카 나노튜브 5 중량%를 혼합하여 직경 15mm의 볼(ball) 형태로 성형한뒤, 1100℃로 소성하여 식물 재배용 항균볼을 제조(S1)하고, 상기 제조된 항균볼을 토양 100 중량부에 대하여, 20 중량부로 혼합(S2)하였다.
(실시예 2)
입자의 크기가 10㎛인 제올라이트 분말 85 중량%와, 평균 내경이 45nm, 평균 길이가 20㎛인 실리카 나노튜브에 동 나노입자가 70000ppm 함유된 동 나노입자 함유 실리카 나노튜브 15 중량%를 혼합하여 직경 10mm의 볼(ball) 형태로 성형한뒤, 1100℃로 소성하여 식물 재배용 항균볼을 제조(S1)하고, 상기 제조된 항균볼을 토양 100 중량부에 대하여, 18 중량부로 혼합(S2)하였다.
(실시예 3)
입자의 크기가 20㎛인 제올라이트 분말 80 중량%와, 평균 내경이 30nm, 평균 길이가 10㎛인 실리카 나노튜브에 망간 나노입자가 100000ppm 함유된 망간 나노입자 함유 실리카 나노튜브 20 중량%를 혼합하여 직경 5mm의 볼(ball) 형태로 성형한뒤, 1000℃로 소성하여 식물 재배용 항균볼을 제조(S1)하고, 상기 제조된 항균볼을 토양 100 중량부에 대하여, 15 중량부로 혼합(S2)하였다.
(실시예 4)
입자의 크기가 50㎛인 제올라이트 분말 70 중량%와, 평균 내경이 30nm, 평균 길이가 10㎛인 실리카 나노튜브에 아연 나노입자가 100000ppm 함유된 아연 나노입자 함유 실리카 나노튜브 30 중량%를 혼합하여 직경 1mm의 볼(ball) 형태로 성형한뒤, 1000℃로 소성하여 식물 재배용 항균볼을 제조(S1)하고, 상기 제조된 항균볼을 토양 100 중량부에 대하여, 10 중량부로 혼합(S2)하였다.
(비교예 1)
일반토양 100 중량부에 대하여 경질 녹소토 50 중량부를 혼합한 배양토를 사용하였다.
2. 항균성, 식물 생장상태, 식물 뿌리상태 및 식물 수확율 평가
상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1에 의해 제조된 토양을 이용하여 다음과 같은 방법으로 그 특성을 시험하였다.
1) 항균성
대장균(Escherichia coli) 및 포도상구균(Staphylococcus aureus)에 대한 항균력 시험을 KS J 4206 : 2008(항균가공제품, 항균성 시험방법, 항균효과)에 의거 실시하였으며, 그 결과는 항균활성치(R)의 값은 아래 [표 1]의 내용과 같다.
이때, 시험균주는 Escherichia coli ATCC 8739와 Staphylococcus aureus ATCC 6538p를 각각 사용하였다.
2) 식물 생장상태, 식물 뿌리상태 및 식물 수확율 평가
상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1에 의해 제조된 토양에 인삼을 재배하였으며, 동일한 시점에서 인삼을 수확하여 인삼 생장상태, 인삼 뿌리상태 및 수확율을 평가하였고, 그 결과는 도 4 내지 5에 나타내었다.
표 1
실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 비교예 1
E,coli 6.1 log(항균효과 99.99%이상) 5.9 log(항균효과 99.99%이상) 5.8 log(항균효과 99.99%이상) 5.7 log(항균효과 99.99%이상) 항균효과 없음
S.aureus 3.4 log(항균효과 99.90%이상) 3.7 log(항균효과 99.90%이상) 3.5 log(항균효과 99.90%이상) 3.3 log(항균효과 99.99%이상)
상기 [표 1]에서와 같이, 실시예 1 내지 4에 따른 토양은 비교예 1에 따른 일반적인 배양토에 비해 항균성능이 매우 우수함을 알 수 있을 뿐만 아니라,
한편, 식물 생장상태의 경우, 도 4에 도시된 바와 같이, 실시예 1 내지 4에 따른 토양에 재배된 인삼은 생장상태가 매우 양호함에 반해, 비교예 1에 따른 일반적인 배양토에 재배된 인삼은 생장상태가 매우 빈약함을 알 수 있다.
아울러, 식물 뿌리상태의 경우, 도 5에 도시된 바와 같이, 실시예 1 내지 4에 따른 토양에 재배된 인삼은 잔뿌리가 매우 많아 양호함에 반해, 비교예 1에 따른 일반적인 배양토에 재배된 인삼은 잔뿌리가 거의 없는 상태임을 알 수 있다.
또한, 식물의 수확량의 경우, 도 6에 도시된 바와 같이, 실시예 1 내지 4에 따른 토양에 재배된 인삼은 그 생장상태 및 뿌리상태가 양호하여 대부분 수확되었음에 반해, 비교예 1에 따른 일반적인 배양토에 재배된 인삼은 생장상태 및 뿌리상태가 매우 빈약하여 수확되지 못한 인삼이 많음을 알 수 있다.
1) 항곰팡이성
곰팡이류는 푸사리움 옥시스포룸(fusarium oxysporum), 트리코피톤 메타그로피테스(Trichophyton metagrophytes)를 사용하였고, 배지 및 시약은 인산완충액(Phosphate Buffer), 감자한천배지(Potato Dextrose Agar(PDA)), 포도당한천배지(Sabouraud's Dextrose Agar(SDA))를 사용하였으며, 전처리로써, 감자한천배지에 푸사리움 옥시스포룸을 5일간 활성화시키고, 포도당한천배지에 트리코피톤 메타그로피테스를 5일간 활성화시켰으며, 실시예 1 내지 4에 따른 항균제 및 비교예 1에 따른 경질 녹소토를 UV조사를 통해 24시간 통안 살균 건조하였다.
이후, 테스트는 상기 곰팡이류를 인산완충액에 5일간 완전히 희석시키고, 삼각플라스크에 상기 희석액 1ml와 0.1% 인산완충액 100ml를 투입하고, 25℃, 120rpm의 조건으로 인큐베이터에서 교반하여 24 ~ 48시간 배양한 후, 상기 한천 상에 각각의 샘플을 도포하였으며, 그 결과를 도 7 및 8에 나타내었다(도 7 및 8에서 F는 푸사리움 옥시스포룸을 의미하며, T는 트리코피톤 메타그로피테스를 의미한다.).
즉, 도 7 및 8에 도시된 바와 같이, 실시예 1 내지 4에 따른 항균제는 48시간 후, 곰팡이류가 모두 소멸시켜 그 증식을 억제함을 알 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 항균기능을 갖는 식물 재배용 항균볼 및 이를 이용한 식물 재배방법은 상기의 바람직한 실시 예를 통해 설명하고, 그 우수성을 확인하였지만 해당 기술 분야의 당업자라면 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
본 발명은 제올라이트 분말 70 ~ 95 중량% 및 금속 나노입자 함유 실리카 나노튜브 5 ~ 30 중량%를 혼합하여 이루어지되, 볼(ball) 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 항균기능을 갖는 식물 재배용 항균볼을 발명의 실시를 위한 형태로 한다.
이때, 상기 제올라이트는, 단독 또는 백토, 고령토, 일라이트, 탄산칼슘 중에서 1종 이상 병용하여 사용하되, 제올라이트 100 중량부에 대하여 1 ~ 50 중량부를 병용하여 사용하는 것이 바람직하다.
아울러, 상기 금속 나노입자 함유 실리카 나노튜브는, 평균 내경이 30 ~ 60nm, 평균 길이가 10 ~ 30㎛인 실리카 나노튜브에 금속 나노입자가 20000 ~ 100000ppm 함유되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 금속 나노입자는, 은(Ag), 동(Cu), 망간(Mn) 또는 아연(Zn)인 것이 바람직하다.
또한, 상기 제올라이트 분말은, 입자의 크기가 0.1 ~ 50㎛인 것이 바람직하다.
또한, 상기 항균기능을 갖는 식물 재배용 항균볼은, 직경이 1 ~ 15mm인 것이 바람직하다.
아울러, 본 발명은 항균기능을 갖는 식물 재배용 항균볼을 이용한 식물 재배방법에 있어서, 제올라이트 분말 70 ~ 95 중량% 및 금속 나노입자 함유 실리카 나노튜브 5 ~ 30 중량%를 혼합한 후, 1000 ~ 1100℃로 소성하여 항균볼을 제조하는 단계(S1); 및 상기 제조된 항균볼을 토양 또는 배지 100 중량부에 대하여, 10 ~ 20 중량부로 혼합하는 단계(S2);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 항균기능을 갖는 식물 재배용 항균볼을 이용한 식물 재배방법을 발명의 실시를 위한 다른 형태로 한다.
본 발명은 은 분말을 점결제와 함께 단순히 혼합하는 종래기술과 달리, 실리카 나노튜브에 금속 나노입자를 함유시킨 금속 나노입자 함유 실리카 나노튜브에, 제올라이트 분말을 혼합하여 항균볼을 제조함으로써, 금속 나노입자의 분산력을 향상시키면서도 상기 금속 나노입자 함유 실리카 나노튜브와 제올라이트에 의해 우수한 항균성능을 구현할 수 있으며, 상기와 같은 항균볼을 식물이 재배되는 토양 또는 배지에 적용함으로써, 식물의 뿌리에서 서식하는 각종 세균 및 곰팡이의 증식을 효율적으로 억제하여 식물의 생장과 수확량을 증가시킬 수 있도록 하며, 아울러, 종래 기술과 같은 시트형태의 항균수단과 달리, 볼(ball) 형태의 항균볼을 토양 또는 배지에 적용함으로써, 토양 또는 배지와 잘 섞일 뿐만 아니라 식물의 발근을 방해하지 않음에 따라 식물의 생장과 수확량을 더욱 증가시킬 수 있도록 함에 따라 산업상 널리 이용될 것으로 판단된다.

Claims (7)

  1. 제올라이트 분말 70 ~ 95 중량% 및 금속 나노입자 함유 실리카 나노튜브 5 ~ 30 중량%를 혼합하여 이루어지되, 볼(ball) 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 항균기능을 갖는 식물 재배용 항균볼.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제올라이트는, 단독 또는 백토, 고령토, 일라이트, 탄산칼슘 중에서 1종 이상 병용하여 사용하되, 제올라이트 100 중량부에 대하여 1 ~ 50 중량부를 병용하여 사용하는 것을 특징으로 하는 항균기능을 갖는 식물 재배용 항균볼.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 금속 나노입자 함유 실리카 나노튜브는,
    평균 내경이 30 ~ 60nm, 평균 길이가 10 ~ 30㎛인 실리카 나노튜브에 금속 나노입자가 20000 ~ 100000ppm 함유되는 것을 특징으로 하는 항균기능을 갖는 식물 재배용 항균볼.
  4. 제 1항 또는 제 3항에 있어서,
    상기 금속 나노입자는,
    은(Ag), 동(Cu), 망간(Mn) 또는 아연(Zn)인 것을 특징으로 하는 항균기능을 갖는 식물 재배용 항균볼.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제올라이트 분말은,
    입자의 크기가 0.1 ~ 50㎛인 것을 특징으로 하는 항균기능을 갖는 식물 재배용 항균볼.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 항균기능을 갖는 식물 재배용 항균볼은,
    직경이 1 ~ 15mm인 것을 특징으로 하는 항균기능을 갖는 식물 재배용 항균볼.
  7. 항균기능을 갖는 식물 재배용 항균볼을 이용한 식물 재배방법에 있어서,
    제올라이트 분말 70 ~ 95 중량% 및 금속 나노입자 함유 실리카 나노튜브 5 ~ 30 중량%를 혼합한 후, 1000 ~ 1100℃로 소성하여 항균볼을 제조하는 단계(S1); 및
    상기 제조된 항균볼을 토양 또는 배지 100 중량부에 대하여, 10 ~ 20 중량부로 혼합하는 단계(S2);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 항균기능을 갖는 식물 재배용 항균볼을 이용한 식물 재배방법.
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