KR100879090B1 - 인공지반 녹화용 소재 및 그의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 하수 슬러지 건조분으로 이루어진 성형물을 물유리, 고온 용융염, 및 제올라이트 시드를 포함하는 코팅 조성물로 코팅함으로써 이루어지는 것을 특징으로 하는 인공지반 녹화용 소재 및 이를 제조하는 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 인공지반 녹화용 소재는 고온 용융염과 하수 슬러지를 이용하여 표면에 제올라이트를 합성하고, 내부에 탄화물을 생성하여 미세기공에 의한 흡착을 가능하게 하는 특징을 가지며, 폐기물로 버려지는 하수 슬러지를 저렴한 비용으로 부가가치가 높은 인공지반 녹화용 소재로 재활용하는 효과가 있다.
하수 슬러지, 고온 용융염, 제올라이트, 인공지반 녹화용 소재

Description

인공지반 녹화용 소재 및 그의 제조방법{THE GREENING MATERIAL FOR ARTIFICIAL GROUND AND MANUFACTURING METHOD THEREROF}
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 인공지반 녹화용 소재의 제조 실험 모식도이다.
도 2는 본 발명에 따른 인공지반 녹화용 소재의 외부 표면을 주사 전자현미경(SEM)으로 촬영한 사진이다.
도 3은 본 발명에 따른 인공지반 녹화용 소재의 내부 파단면을 주사 전자현미경으로 촬영한 사진이다.
도 4는 본 발명에 따른 인공지반 녹화용 소재 내부의 제올라이트 결정을 주사 전자현미경으로 촬영한 사진이다.
도 5는 본 발명에 따른 인공지반 녹화용 소재의 열처리 온도에 따른 비표면적의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명에 따른 인공지반 녹화용 소재의 열처리 시간에 따른 비표면적의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명에 따른 인공지반 녹화용 소재의 열처리 시간에 따른 양이온 교환 특성의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 8은 본 발명에 따른 인공지반 녹화용 소재의 열처리 시간에 따른 제올라이트 결정상의 변화를 나타내는 X-선 회절실험 결과를 나타내는 그래프이다.
도 9는 본 발명에 따른 인공지반 녹화용 소재의 기공 분포를 분석한 그래프이다.
도 10은 본 발명에 따른 인공지반 녹화용 소재의 제올라이트 시드 함량에 따른 X-선 회절실험 결과를 나타내는 그래프이다.
도 11은 본 발명에 따른 인공지반 녹화용 소재의 X-선 회절실험 결과를 나타내는 그래프이다.
도 12는 본 발명에 따른 인공지반 녹화용 소재의 X-선 회절실험 결과를 나타내는 그래프이다.
본 발명은 하수 슬러지 건조분으로 이루어진 성형물을 물유리, 고온 용융염, 제올라이트 시드(zeolite seed), 및 광화제(mineralizer)를 포함하는 코팅 조성물로 코팅함으로써 이루어지는 것을 특징으로 하는 인공지반 녹화용 소재 및 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.
1990년대에 들어 생태복원 등 환경에 관한 관심이 고조됨에 따라 인공토양에 관한 다양한 신기술과 신공법이 개발되고 있다. 구체적으로는, 수림화(樹林化), 벽면, 옹벽, 도로 등의 다양한 생태복원을 위한 환경친화적 인공토양 소재 및 복원공법 등의 기술개발이 시도되고 있다.
도로의 경우, 녹화대상의 상당부분을 차지하는 도로 비탈면은 과거 녹생토 공법이 주로 시공되었다. 그러나, 최근 비용 상승이 문제되면서, 현장에서 발생되는 목칩, 자연표토 등을 고분자, 유기재료 등과 직접 현장에서 배합하고 가공하는 자연표토복원공법, 장섬유를 혼합한 텍솔 공법, 우수 침투성 확보를 위한 인공토양 개량공법 등이 취부공법으로 시공되고 있다.
한편, 2000년대를 기점으로 환경친화적 저비용 기술 중심의 3세대 첨단 생태복원 및 재생 기술 개발에 대한 연구가 진행되었고, 특히 자연의 자정능력을 제고하고 친환경적으로 복구시키는 방식의 연구개발이 활발히 진행되고 있다.
이러한 환경친화적 생태 복원 기술로 대표적인 것이 인공토양을 이용한 수림화 기술이다. 이러한 기술은 일본에서 자연표토기술과 함께 대표적인 인공토양 기술로 활용되고 있는 것으로서, 원래 자연토양이 갖고 있는 특성을 이용하여 개발행위로 인해 자연토양이 훼손된 지역에 인공토양을 만들어 생물이 서식할 수 있도록 만드는 방법이다. 상기 수림화 기술은 첨단 환경복원 분야의 새로운 수법으로 주류를 이루고 있으며, 이는 식재가 아닌 종자로부터 식물을 생육시키는 것에 의해 생태계의 복원을 유도하는 것으로 인공토양을 이용하여 시공하고, 초본식물이 아닌 목본식물의 생육이 가능케 하여 주변과 유사한 환경친화적인 공법으로 각광받고 있다.
다른 기술로는 폐자재인 폐염화비닐, 폐목칩 등을 이용한 인공지반 녹화용 소재를 개발하거나, 콘크리트 및 시멘트에 식물이 살 수 있는 친환경콘크리트 소재를 개발하거나, 식생 가능한 인공 섬 소재 개발 등의 기술 개발이 진행되고 있다.
유럽의 경우, 옥상녹화 시스템의 보급이 상당수준에 이르고 있으며 그 외의 인공지반(주차장, 도로변 등)도 녹화를 추진하여 연간 700만m2 이상의 녹화면적이 확장되고 있다. 최근에는 녹화배수기술을 활용하여 우수처리를 하고 있고, 폐자재, 석탄재 등을 이용하여 경화시킨 경량복원 소재 및 실린더형 생태블럭을 개발하여 보급하고 있다.
스위스의 경우에는, 기본적으로 하천주변에 소규모 하천처리장을 많이 건설하여 건천화를 방지하고, 생물학적 하천정비공법 및 석재나 콘크리트 소재를 이용한 호안공법 등을 개발하여 보급하고 있으며, 프랑스의 경우에도, 폴리에스테르 수지를 이용한 연속 장섬유 보강공법인 텍솔(Texol) 기술 등을 활용하고 있다.
미국의 경우, 1980년대 중반 생태 및 오염지역복원을 위한 Superfund program이 제정되어 정부 주도의 보다 목적 지향적이고 체계적인 기술개발이 진행되어 왔으며, 토양개량제로 helated Iron SOIL CONDITIONER-ORGANIC, Utelite E-Soil(Soil Conditioner) 등을 개발하여 상품화하고 있다.
이러한 각국의 많은 노력에도 불구하고, 2000년까지 실제적으로 현장에 적용된 기술은 매우 제한적이다. 상기한 인공토양을 이용한 방법, 녹화배수 시설, 하천 처리장 등을 이용하는 방법은 별도의 시설을 요구하고 대규모 시설에 적용하기에는 너무 많은 비용이 요구된다는 문제가 있다. 특히, 상기 토양개량제는 대량으 로 사용하기에는 너무 경제성이 떨어지는 문제가 있다.
따라서, 저렴한 재료를 사용하여 대량으로도 경제적으로 사용할 수 있는 효과적인 인공지반 녹화용 소재에 대한 개발이 요구된다.
상기한 기존 기술의 문제점을 극복하기 위한 본 발명의 목적은, 고온 용융염과 하수 슬러지를 이용하여 표면에 제올라이트를 합성하고, 내부에 탄화물을 생성하여 미세기공에 의한 흡착을 가능하게 함으로써, 식물 생장이 가능한 인공지반 녹화용 소재 및 이를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 하수 슬러지 건조분으로 이루어진 성형물을 물유리, 고온 용융염, 및 제올라이트 시드를 포함하는 코팅 조성물로 코팅함으로써 이루어지는 것을 특징으로 하는 인공지반 녹화용 소재를 제공한다.
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또한, 상기 코팅 조성물은 제올라이트 결정이 형성되는 반응을 촉진하기 위하여 광화제(mineralizer)를 추가적으로 포함할 수 있는데, 광화제는 반응 중에 액상을 만들어 물질 이동을 용이하게 함으로써 그 효과를 발휘하는 것으로 여겨진다.
이러한 광화제는 NaOH, KOH, NH4F로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 한다. 상기 광화제의 함량은 고온 용융염 100 중량부에 대하여 10~20 중량부로 포함되는 것이 바람직한데, 이는 상기 범위 중 10 중량부 미만이면 결정상이 잘 형성되지 않고, 20 중량부를 초과하면 결정상이 붕괴될 수 있기 때문이다.
본 발명에 따른 인공지반 녹화용 소재는 하수 슬러지를 활용하여 일정한 형태의 성형물를 제조한 후, 고온 용융염, 물유리, 및 제올라이트 시드를 일정량 혼합하여 성형물에 코팅하고 열처리함으로서 그 표면에 제올라이트를 합성하고 내부에 하수 슬러지의 미생물의 열분해에 의한 탄화물을 생성하게 된다. 이렇게 제조된 제올라이트는 생태복원제품 및 인공지반의 녹화향상 소재로 사용될 수 있고, 점토류를 주재료로 하는 일정한 형태를 지닌 소성제품인 적벽돌 등의 소성 제품에 응용하여 적용할 수 있다는 특징이 있다.
본 발명은 상기 하수 슬러지에 포함된 각종 무기성분을 이용하여 제올라이트를 용이하게 생성하는 것을 특징으로 하며, 이를 위한 상기 하수 슬러지 성분은 하기 표 1과 같다.
샘플 (중량%) 하수 슬러지
동절기 하절기
Na2O 0.64 0.71
MgO 1.75 1.96
Al2O3 17.10 15.80
SiO2 31.19 32.34
P2O5 14.14 12.8
SO3 10.30 11.11
Cl 0.25 0.26
K2O 2.60 3.1
CaO 12.00 10.64
TiO2 0.81 0.91
MnO 0.84 0.54
Fe2O3 7.23 8.58
NiO 0.04 0.01
CuO 0.3 0.13
ZnO 0.63 0.43
합계 99.19 98.89
본 발명은 하수 슬러지에 함유된 여러 무기성분을 이용하여 제올라이트를 용이하게 생성하고자 하는 것으로, 하수 슬러지 건조분의 성상 분석결과, 계절변화에 따른 성분의 특이점이 없고 SiO2/Al2O3 ≒ 2 정도로 제올라이트 합성에 좋은 조건을 가지고 있으며, 본 발명의 하수 슬러지 건조분의 함수율은 60~80% 정도인 것이 바람직하다.
상기 성형물은 그 형태가 제한적이지 않으며, 상기 코팅 조성물에 코팅이 잘 되도록 하기 위하여 입경이 300 ㎛ 이하인 입자 형태로 파쇄되어 제작되는 것이 바람직하다.
상기 물유리는 이산화규소와 알칼리를 용융해서 얻어진 알칼리 규산염을 진한 수용액으로 만든 것으로서, 규산 나트륨이 소량의 물에 녹았을때 생성되는 점성도가 높은 용액이다. 이는 강한 알칼리성으로, 산으로 중화하여 건조제로 사용하거나, 비누 제조용, 접착제용, 토질개량제 등으로 사용할 수 있으며, 공지의 방법으로 제조된 제품을 사용할 수 있다. 상기 물유리는 Na2SiO3, Na6Si2O7, 및 Na2Si3O7로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 화합물로서, 이들 물유리에 포함되어 있는 Si 성분은 제올라이트 합성에 필수 성분에 해당된다. 상기 물유리는 하수 슬러지가 고온에서 열처리 될 때 중량비의 대부분을 차지하는 유기물은 열분해되고 무기물이 소량 남아 있게 되는데, 이때 제올라이트 합성에 필요한 Si 성분을 보충해 주는 역할과 모체가 되는 하수 슬러지 성형물와 코팅 조성물 사이의 점착력을 높여주는 두가지 역할을 동시에 한다.
제올라이트(zeolite)는 알칼리 금속과 알칼리토류 금속을 함유하고, 물을 결정수의 형태로 가지는 알루미늄의 함수 규산염 광물을 말하며, '비등(沸騰)하는 돌' 즉 "비석(沸石)"으로도 불린다. 제올라이트는 분자체(molecular sieve), 극성의 흡착작용, 촉매작용, 양이온 치환능력(CEC) 및 인산과 규산을 다량 함량하는 등의 특징을 가지며, 이러한 특징으로 인해 토양개량제, 비료혼합제 등의 농업용, 잔디조경 등의 그린 관리용, 인삼, 연초, 원예 등의 특용작물용 등 다양한 용도로 활용되고 있다.
제올라이트를 제조하는 일반적인 방법인 고상반응법으로 제올라이트를 합성할 경우 열처리를 3~36시간 동안 하게 된다. 그러나, 열처리 시간이 이렇게 길게 되면 다른 제품으로의 응용이 어렵기 때문에, 본 발명에서는 제올라이트 생성 시간의 단축 방안으로 제올라이트 시드를 첨가한다. 상기 제올라이트 시드는 고온 용융염 100 중량부에 대하여 20~60 중량부로 포함되는 것이 바람직하며, 제올라이트의 결정화가 가장 효과적이라는 점에서 40~55 중량부로 포함하는 것이 보다 바람직하다.
일반적으로 제올라이트는, 수산화나트륨(NaOH)과 같은 염을 약 100℃에서 물과 혼합하여 녹이고, 이에 슬러지를 혼합하여 슬러지 내의 규소(Si)와 알루미늄(Al)을 용출시켜 이를 결정화함으로써 합성된다. 여기서 수산화나트륨(NaOH)은 규소와 알루미늄을 용출시키는 역할을 하는데, 수산화나트륨과 같은 염은 저온에서 녹기 때문에 수용액 상태에서도 반응할 수 있다.
그러나 본 발명에 따른 인공지반 녹화용 소재의 소성 온도는 1000℃ 이상의 고온이 요구되기 때문에 이러한 고온에서 NaOH와 같은 역할을 할 수 있는 염이 필요하다. 상기 고온 용융염은 하수 슬러지에 물유리와 함께 코팅되어 사용되며 고온에서 용액 상태가 되어 수산화나트륨과 같은 역할을 하는 것으로서, 투입되는 온도가 1000℃ 부근으로 높기 때문에 이 온도영역 이하에서 용융되는 물질이 이용된다. 이러한 고온 용융염은 KCl, KF, KI, NaCl, NaI, Na2CO3, Na2SO4, CaCl2, CaI2, MgCl2 및 MgI2로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 (i) 하수 슬러지 건조분으로 성형물을 제조하는 단계; (ii) 물유리, 고온 용융염, 및 제올라이트 시드를 포함하는 코팅 조성물을 제조하는 단계; (iii) 상기 (i)에서 제조된 성형물을 상기 (ii)에서 제조된 코팅 조성물로 코팅하는 단계; 및 (iv) 상기 코팅된 성형물을 소성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 인공지반 녹화용 소재의 제조방법을 제공한다.
상기 단계 (i)에서는 하수 슬러지 건조물을 파쇄함으로써 성형물을 생성하며, 상기 성형물은 그 입경이 300 ㎛ 이하인 것을 원료물질로 사용하는 것이 연속적인 펠릿의 형태 제조 및 자동화 공정을 진행하기 용이하다는 점에서 바람직하다.
본 발명에 따른 인공지반 녹화용 소재의 제조 방법에서 상기 단계 (ii)의 코팅 조성물은, 추가적으로 광화제(mineralizer)를 더 포함할 수 있는데, 이러한 광화제는 NaOH, KOH, NH4F로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하며, 고온 용융염 100 중량부에 대하여 10~20 중량부로 포함되는 것이 바람직하다.
상기 단계 (ii)에서 제조되는 코팅 조성물에 포함되는 상기 고온 용융염은 KCl, KF, KI, NaCl, NaI, Na2CO3, Na2SO4, CaCl2, CaI2, MgCl2 및 MgI2로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 한다.
상기 단계 (iii)의 코팅 단계는 단계 (i)에서 제조된 성형물에 단계 (ii)의 코팅 조성물을 도포(塗布) 하는 방법으로 행해지며, 이러한 도포 방법에는 스핀 코팅법, 딥법, 스프레이법, 슬라이드 코팅법, 비드 코팅법 등의 각종 방법을 사용할 수 있다.
상기 단계 (iv)의 소성 단계는 제올라이트 결정이 충분히 성장할 수 있고, 일반적인 소성 제품의 생산 공정과 연계할 수 있다는 점에서 900~1100℃에서 9~15시간 동안 행해지는 것이 바람직하다.
이하에서는 도면, 제조예, 및 실험예를 사용하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하지만, 본 발명의 범주가 이들에 국한되는 것은 아니다.
[제조예 1] 인공지반 녹화용 소재의 제조
하수 슬러지 건조물을 파쇄하여 300 ㎛이하로 입도를 조절하여 성형물을 제조하였다. 용융염으로서 Na2SO4를 100 ㎎, 물유리로서 이산화규소(SiO2)를 40 ㎎, 제올라이트 시드로서 뮬라이트(Al6Si2O13)를 50 ㎎을 첨가하여 제조된 코팅 조성물과 상기 성형물을 혼합하여 로터리 밀(Rotery Mill)에서 약 30분 동안 교반한 다음, 105℃에서 건조하였다. 건조된 혼합물을 건식성형 방법을 사용하여 자동 성형기에서 Φ 3~8 mm 크기의 펠릿 형태의 인공지반 녹화용 소재 전구체를 제작하였다. 상기 전구체를 사용온도 1550℃, 승온속도가 10℃/분까지 가능한 전기로에서 1050℃로 12시간 동안 열처리하였으며, 장입부에 외부로부터 3 mm의 관을 삽입하여 가스 주입에 의한 산, 환원 열처리 모두 가능하도록 제작함으로써, 인공지반 녹화용 소재를 제조하였다. 본 발명의 일실시예에 따른 인공지반 녹화용 소재의 제조 실험 모식도를 도 1에 도시하였다.
[실험예 1]
상기 제조예 1에 따라 제조된 인공지반 녹화용 소재의 표면과 내부를 주사전자현미경(SEM)으로 촬영하여 그 결과를 도 2 내지 도 4에 도시하였다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 소재의 외부 사진과 내부 파단면 사진에서 다양한 형태의 미세기공이 발달되어 있음을 볼 수 있다. 기공량은 많지만 골격의 소결상태가 양호한 것을 볼 수 있으며, 내부는 유기물의 열분에에 의한 탄화물이 생성된 것으로 관측되었다. 이러한 탄화물은 물리적으로 쉽게 이탈되거나 분리되지 않으므로 유실에 의한 성능저하의 소지가 없으며, 다공성에 의한 흡수율, 경량성을 얻을 수 있다.
또한, 도 4는 상기 소재 내부의 제올라이트 결정의 SEM 사진을 나타내며, 이를 참조하면 소재 내부에 미세한 제올라이트 결정이 합성되어 있는 것을 볼 수 있다.
[제조예 2 내지 6]
제조예 2 내지 제조예 6에서는 상기 제조예 1의 열처리 온도를 각각 850℃, 900℃, 950℃, 1000℃, 1100℃로 하였다는 점을 제외하고는 상기 제조예 1과 같은 방법으로 인공지반 녹화용 소재를 제조하였다.
[제조예 7 내지 10]
제조예 7 내지 제조예 10에서는 상기 제조예 1의 열처리 시간을 각각 6시간, 9시간, 15시간, 16시간으로 하였다는 점을 제외하고는 상기 제조예 1과 같은 방법으로 인공지반 녹화용 소재를 제조하였다.
[실험예 2] 소재의 열처리 온도 증가에 따른 비표면적(BET)의 분석
입자의 밀도는 각각의 소재를 파라핀 내에서 기포가 발생하지 않을 때까지 가열하여 파라핀을 함침 시킨 후 수중 무게를 측정하였으며, 산정식으로부터 비표면적, 기공크기 등을 산정하였다. 기공 분포는 수은 기공률 측정기(Hg porosimeter: pore-sizer 9320, Micromeritics)를 이용하여 0.75 내지 30,000 psi의 압력 범위에서 측정하였다.
상기 제조예 1 내지 6에 따라 제조된 인공지반 녹화용 소재를 사용하여 열처리 시간을 12시간으로 하여 열처리 온도 증가에 따른 비표면적의 변화를 측정하여 그 결과를 도 5에 도시하였다. 도 5를 참조하면, 용융염의 녹는점인 900℃ 이상의 온도에서 비표면적이 꾸준히 증가하여 1050℃에서 최고에 이르는 것을 볼 수 있다. 이러한 실험 결과는 본 발명에 따라 생성된 제올라이트 결정이 꾸준히 성장하기 때문인 것으로 판단된다. 1050℃ 이상의 온도에서는 시료 표면이 녹게됨으로써 비표면적 값이 크게 감소하는 것을 알 수 있다.
[실험예 3] 소재의 열처리 시간 증가에 따른 비표면적의 분석
상기 제조예 1, 및 제조예 7 내지 10에 따라 제조된 인공지반 녹화용 소재를 사용하여 열처리 온도를 1050℃로 고정하여 열처리 시간 증가에 따른 비표면적의 변화를 측정하여 그 결과를 도 6에 도시하였다. 도 6을 참조하면, 열처리 시간이 증가하면서 비표면적 값이 꾸준히 증가하는 것을 볼 수 있으며, 이는 표면에 제올라이트 결정이 성장하면서 비표면적의 증가로 이어지는 것이라 판단된다.
[실험예 4] 소재의 열처리 시간 증가에 따른 CEC의 분석
상기 제조예 1, 및 제조예 7 내지 10에 따라 제조된 인공지반 녹화용 소재를 사용하여 열처리 온도를 1050℃로 고정하여 열처리 시간 증가에 따른 양이온 교환 특성(Cation Exchange Capacity: CEC)의 변화를 측정하여 그 결과를 도 7에 도시하였다. 도 7을 참조하면, 열처리 시간이 증가하면서 양이온 교환 특성 값이 꾸준히 증가하고, 12시간 이후에 약간의 증감이 나타나는 것을 볼 수 있다. 이러한 결과로 12시간 열처리로 소재 표면에 제올라이트 결정의 성장이 거의 모두 이루어진 것으로 판단된다.
[실험예 5] 소재의 열처리 시간 증가에 따른 제올라이트 결정상 변화의 분석
상기 제조예 1, 및 제조예 7 내지 10에 따라 제조된 인공지반 녹화용 소재를 사용하여 열처리 온도를 1050℃로 고정하여 열처리 시간 증가에 따른 제올라이트 결정상의 변화를 알아보기 위하여 X-선 회절실험을 하였고, 그 결과를 도 8에 도시하였다. 도 8을 참조하면, 시간이 경과함에 따라서 반응물인 이산화규소와 뮬라이트(mullite) 피크가 감소하는 것을 볼 수 있으며, 반응 후 9시간이 경과하면서부터 하이드록시-소달라이트(hydroxy-sodalite) 결정이 생성되는 것을 알 수 있다. 12시간 동안 합성한 피크 강도와 18시간 동안 합성한 피크 강도의 차이가 크지 않다는 점에서 12시간의 열처리로 결정의 성장이 거의 완료된 것으로 판단할 수 있다.
[실험예 6] 소재의 기공 분포 분석
상기 제조예에 따른 소재 중 비표면적이 넓은 부분의 기공 크기를 측정하여 하기 도 9에 도시하였다. 도 9를 참조하면, 기공 크기를 측정한 결과 입경이 3.1~3.7 nm인 미세기공이 주를 이루고 있음을 알 수 있다. 이러한 미세기공은 주로 제올라이트 합성에 의한 규칙적인 세공에 의한 것으로 양이온 및 음이온의 크기가 6~13 nm임을 고려해 볼 때, 이온의 선택적 흡착이 가능하고, 세공이 가늘어서 물질전달은 빠르지 않지만 표면적이 넓어 촉매 활성이 매우 높을 것으로 판단된다.
[제조예 11 내지 14]
제조예 11 내지 제조예 14에서는 상기 제조예 1의 고온 용융염 100 중량부에 대한 제올라이트 시드의 함량을 각각 0 중량부, 25 중량부, 75 중량부, 100 중량부로 하였다는 점을 제외하고는 상기 제조예 1과 같은 방법으로 인공지반 녹화용 소재를 제조하였다.
[실험예 7] 제올라이트 시드의 함량에 따른 XRD 피크의 비교
제조예 1, 및 제조예 11 내지 14에 따라 제조된 인공지반 녹화용 소재의 제올라이트 시드 함량에 따른 제올라이트 결정의 성장을 알아보기 위하여 X-선 회절실험을 하였고, 그 결과를 도 10에 도시하였다. 도 10을 참조하면, 제올라이트 시드의 양이 고온 용융염 100 중량부에 대하여 50 중량부로 포함된 경우에 하이드록시-소달라이트 결정이 성장하기 시작하였으며, 그 함량이 증가할수록 결정의 피크가 커진 것으로 나타났다. 따라서, 본 실험결과로부터 제올라이트 시드를 50 중량부 포함하는 것이 효과적인 결정화 조건임을 알 수 있다.
[제조예 15 내지 17]
상기 제조예 1, 제조예 4, 및 제조예 5의 코팅 조성물에 광화제로서 NaOH를 고온 용융염 100 중량부에 대하여 10 중량부 더 첨가하였다는 점을 제외하고는 제조예 1과 같은 방법으로 인공지반 녹화용 소재를 제조하여, 각각 제조예 15, 제조예 16, 제조예 17을 생성하였다.
[실험예 8]
NaOH를 첨가하지 않은 제조예 1, 4, 및 5와 NaOH를 첨가한 제조예 15, 16, 및 17에 따른 인공지반 녹화용 소재를 사용하여 광화제의 첨가에 따른 X-선 회절실험을 하여, 그 결과를 각각 도 11과 도 12에 도시하였다. 도 11 및 도 12를 참조하면, NaOH를 첨가한 경우와 첨가하지 않은 경우 모두에서 열처리 온도 증가에 따른 피크 강도의 증가를 관찰할 수 있었지만, NaOH 첨가 유뮤에 따른 피크의 변화는 거의 없는 것으로 확인되었다. 그러나, NaOH를 첨가한 제조예의 경우 이산화규소 등의 용출에 의한 뮬라이트, 하이드록시-소달라이트, NaP1, 토버노라이트(tobernorite) 등의 피크도 관찰되었으며, 이는 Na 과포화 상태가 지속되면서 상대적으로 규소(Si)와 알루미늄(Al) 이외의 이온들이 용출되어 재합성된 결과이며, 이러한 결과를 응용하면 인위적인 첨가물에 의한 조성변화로 다른 특성을 갖는 다양한 제올라이트를 합성할 수 있음을 알 수 있다.
본 발명은 하수 슬러지 건조분으로 이루어진 성형물을 물유리, 고온 용융염, 및 제올라이트 시드를 포함하는 코팅 조성물로 코팅함으로써 이루어지는 것을 특징으로 하는 인공지반 녹화용 소재 및 이를 제조하는 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 인공지반 녹화용 소재는 고온 용융염과 하수 슬러지를 이용하여 표면에 제올라이트를 합성하고, 내부에 탄화물을 생성하여 미세기공에 의한 흡착을 가능하게 하는 특징을 가지며, 폐기물로 버려지는 하수 슬러지를 저렴한 비용으로 부가가치가 높은 인공지반 녹화용 소재로 재활용하는 효과가 있다.

Claims (13)

  1. 하수 슬러지 건조분으로 이루어진 성형물을,
    물유리, 고온 용융염, 및 제올라이트 시드를 포함하는 코팅 조성물로 코팅함으로써 이루어지는 것을 특징으로 하는 인공지반 녹화용 소재.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 코팅 조성물은 광화제를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는
    인공지반 녹화용 소재.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 광화제는 NaOH, KOH, NH4F로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는
    인공지반 녹화용 소재.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 광화제는 고온 용융염 100 중량부에 대하여 10~20 중량부로 포함되는 것을 특징으로 하는
    인공지반 녹화용 소재.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 고온 용융염은 KCl, KF, KI, NaCl, NaI, Na2CO3, Na2SO4, CaCl2, CaI2, MgCl2 및 MgI2로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는
    인공지반 녹화용 소재.
  6. (i) 하수 슬러지 건조분으로 성형물을 제조하는 단계;
    (ii) 물유리, 고온 용융염, 및 제올라이트 시드를 포함하는 코팅 조성물을 제조하는 단계;
    (iii) 상기 (i)에서 제조된 성형물을 상기 (ii)에서 제조된 코팅 조성물로 코팅하는 단계; 및
    (iv) 상기 코팅된 성형물을 소성하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 인공지반 녹화용 소재의 제조방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 단계 (ii)는 광화제를 더 포함하도록 코팅 조성물을 제조하는 것을 특징으로 하는
    인공지반 녹화용 소재의 제조방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 광화제는 NaOH, KOH, NH4F로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는
    인공지반 녹화용 소재의 제조방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 광화제는 상기 고온 용융염 100 중량부에 대하여 10~20 중량부로 포함되는 것을 특징으로 하는
    인공지반 녹화용 소재의 제조방법.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 고온 용융염은 KCl, KF, KI, NaCl, NaI, Na2CO3, Na2SO4, CaCl2, CaI2, MgCl2 및 MgI2로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는
    인공지반 녹화용 소재의 제조방법.
  11. 제6항에 있어서,
    상기 단계 (iv)의 소성 단계는 900~1100℃에서 9~15시간 동안 행해지는 것을 특징으로 하는
    인공지반 녹화용 소재의 제조방법.
  12. 삭제
  13. 삭제
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