KR101729707B1 - 천연 미네랄 성분을 포함하는 토양 개량 또는 수질 개선용 조성물 및 이의 제조방법 - Google Patents

천연 미네랄 성분을 포함하는 토양 개량 또는 수질 개선용 조성물 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 친환경 토양 개량 또는 수질 개선용 조성물 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 산화철, 장석, 벤토나이트, 칼슘 분말, 황토, 운모 및 제올라이트를 포함하는 혼합 분말로부터 추출된 천연 미네랄이 수분산된 콜로이드로서, 친환경적이면서 토양 개량 및 수질 개선을 동시에 달성할 수 있는 토양 개량 또는 수질 개선용 조성물 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

Description

천연 미네랄 성분을 포함하는 토양 개량 또는 수질 개선용 조성물 및 이의 제조방법{Composition for improving soil and water quality having natural minerals, and preparation method thereof}
본 발명은 천연 미네랄 성분을 포함하는 토양 개량 또는 수질 개선용 조성물 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
토양 및 물은 공기와 더불어 사람뿐만 아니라 동·식물 및 토양생명체의 생존기반이라는 절대적인 기능을 갖고 있으며, 이들은 독립적으로 작용하지 않고 서로 상호작용을 통해 보완적으로 서로에게 영향을 미친다.
토양이나 물은 환경을 유지·보전하는 물질순환 기능이 있으며, 이는 산업시설의 생산활동 등으로부터 배출되는 각종 중금속, 유·무기 화합물 등에 의해 오염될 경우 여과·완충 기능 및 자연균형조절 기능과 같은 생태적 기능을 상실하고, 그 상태로 주위 환경에 악영향을 미친다.
토양 오염 및 수질 오염의 영향은 서서히 나타나며, 그 피해가 생태계를 비롯하여 식량, 사료, 지하수 등을 통하여 간접적으로 나타난다. 일단 그 기능을 상실하게 되면 되돌릴 수 없거나, 상실 정도에 따라 어느 정도 회복이 가능한 곳일지라도 그 회복에는 매우 오랜 시간이 소요된다. 더욱이, 오염 물질의 확산을 방지하기 위하여도 엄청난 비용과 노력이 요구되기 때문에 평소에 이에 대한 관리가 절실히 요구된다.
최근, 산업이 발전되고 다양화됨에 따라 배출되는 오염 물질들도 매우 다양해져서 이들의 효과적인 처리가 환경적으로 큰 문제가 되고 있다. 이에 따른 환경오염이 심각해짐에 따라 오염 물질에 대한 배출 규제가 세계적으로 강화되고 있다. 또한, 작업 환경 내에서 오염을 유발시키는 악취 물질의 제거에 대한 관심이 높아지고, 이에 대한 경각심과 함께 각국에서 배출되는 수질 오염 기준이 점차 강화되고 있다.
그결과 토양 및 수질의 오염을 회복시키고자 하는 방법의 하나로써 토양 개량제 또는 수질 개선제를 사용하는 기술이 제시되었다.
토양 개량제는 토양의 오염을 방지 또는 회복하는 기능과 함께 식물 성장을 향상시키는 기능을 한다.
토양 개량제로서 대한민국 등록특허 제10-1481766호는 미생물 제제를 이용한 토양 개량제를 개시하고 있다. 또한, 제10-1394748호는 다공성 경량 골재를 이용하여 식물 성장에 유리한 토양 개량제를 언급하고 있으며, 제10-1603015호는 질석, 장석 등의 무기물과, 석창포, 백리향 등의 식물 추출물, 및 엡소마이트 등에서 추출한 광물 추출물, 및 미생물을 포함하여 미네랄 공급과 함께 식물 성장의 균형을 유지하는 토양 개량제를 제안하고 있다.
수질 개선제의 경우 대한민국 특허공개 제2014-0074451호에서는 락토바실러스 루테리(Lactobacillus reuteri), 락토바실러스 카제이(Lactobacillus casei), 등의 미생물 배양액을 사용하는 방법을 제시하고 있고, 등록특허 제10-1428439호에서는 천연 물질인 굴패각, 소석회, 산화마그네슘, 제오라이트, 맥반석 등의 미세 입자를 혼합하여 호소의 녹조, 적조, 스컴 및 악취제거에 탁월한 효과가 있음을 개시하고 있다.
이렇게 토양을 개량하거나 수질 오염의 개선은 단독의 재료를 사용하는 것이 아니라, 광물 등의 무기물과, 식물 추출물과 같은 유기물 및 미생물을 적절히 혼합하여 제조하는 것이 일반적이며, 이 둘은 서로 다른 조성으로 조합하여 사용하고 있는 실정이다.
그러나 다양한 종류의 토양 개량제를 사용하더라도 토양의 산성화를 막기 어렵고, 토양의 지력이 상실되어 식물 성장에 만족스러운 효과를 얻을 수 없었다. 이는 수질 개선제에서도 마찬가지로 일시적인 수질 개선 효과가 있었을 뿐 수질 자체의 정화능을 향상시키기에는 부족하였다.
더욱이 이들은 최종 제품 형태가 분말, 펠렛 또는 수 cm의 직경을 갖는 입자로 제품화되어, 토양 또는 바다나 호수에 적용 시 즉각적인 효과를 얻을 수 없었다.
산업 발달에 따라 토양이나 수질에 대한 오염 물질이 점차 다양화되고 오염이 심화되며, 오염지역이 확산되는 등 더는 방치할 경우 돌이킬 수 없는 환경상의 문제가 야기될 것이 우려된다. 따라서, 토양 오염 및 수질 관리는 더는 미룰 수 없는 문제로서, 토양 및 물이라는 자연 본연이 가지고 있는 자기 정화 능력을 회복시켜야 하는 대책이 매우 시급하다.
대한민국 등록특허 제10-1481766호 (2015.01.06), 미생물 함유 토양개량제 대한민국 등록특허 제10-1394748호 (2014.05.07), 토양개량용 산소발생담체 대한민국 등록특허 제10-1603015호 (2016.03.07), 토양개량제 대한민국 공개특허 제10-2014-0074451호 (2014.06.18), 미생물을 포함하는 수족관용 수질 개선제 대한민국 등록특허 제10-1428439호 (2014.08.01), 천연물질의 미세입자를 이용한 수질개선제 및 그 제조방법
토양 개량 및 수질 개선과 관련하여 다각적인 연구를 수행한 결과, 토양 및 물이 지닌 자체 정화 능력을 높일 경우 근본적인 개선 효과로 인해 단기간의 효과가 아닌 장기간 동안 토양 및 수질을 개선할 수 있다는 아이디어에 착안하여 연구를 진행하였다.
이에 천연 미네랄이 토양과 물의 자체 정화 능력을 향상시킬 수 있음을 알아내어, 각종 친환경적인 광물질로부터 천연 미네랄을 추출한 조성물을 제조하였고, 이를 토양 및 오염수에 적용한 결과 식물 성장 및 수질 정화능이 있음을 확인하였다.
따라서, 본 발명은 천연 미네랄을 포함하여 친환경적이면서 토양 개량 및 수질 개선을 동시에 달성할 수 있는 토양 개량 또는 수질 개선용 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 분말 또는 입자 상태가 아니라 액상 콜로이드 형태로 상기 토양 개량 또는 수질 개선용 조성물의 제조방법을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 산화철, 장석, 벤토나이트, 칼슘 분말, 황토, 운모 및 제올라이트를 포함하는 혼합 분말로부터 용출된 미네랄 성분을 포함하는 것을 특징으로 하는 토양 개량 또는 수질 개선용 조성물을 제공한다.
이때 상기 혼합 분말은 전체 100 중량% 내에서 산화철 5 내지 15 중량%, 장석 10 내지 30 중량%, 벤토나이트 5 내지 20 중량%, 칼슘 분말 1 내지 15 중량%, 황토 10 내지 40 중량%, 운모 5 내지 30 중량% 및 제올라이트 5 내지 30 중량%를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 조성물은 조성물은 천연 미네랄이 45 내지 55 중량% 농도로 수분산된 콜로이드인 것을 특징으로 한다.
이때 상기 천연 미네랄은 Fe, MgO, Fe2O3, MnO, BO, Zn, Mo, Cu, Cl, Sr, Co, Rb, Se, Sb, Ge, SiO2, Na, CaCO3, H3PO4, KNO3, KH2PO4, 및 SO3 중 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 산화철, 장석, 벤토나이트, 칼슘 분말, 황토, 운모 및 제올라이트 각각의 원료 무기 분말을 혼합하여 혼합 분말을 제조하는 단계;
상기 혼합 분말을 물에 분산시켜 분산액을 얻는 단계;
얻어진 분산액을 숙성하는 단계; 및
숙성 분산액을 여과하여 미네랄 성분을 포함하는 콜로이드를 얻는 단계를 포함하여 제조하는 것을 특징으로 하는 토양 개량 또는 수질 개선용 조성물의 제조방법을 제공한다.
이때 상기 혼합 분말과 물은 1:1 내지 1:5의 중량비로 혼합하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 숙성은 10 내지 50℃에서 수행하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 토양 개량 또는 수질 개선용 조성물은 토양 및 물이 지닌 자체 정화 능력을 높일 경우 근본적인 개선 효과로 인해 단기간의 효과가 아닌 장기간 동안 토양 및 수질을 개선할 수 있다.
구체적으로, 토양의 이온화를 극대화하고, 토양 내 미네랄의 균형을 회복시키며, 토양 오염 및 산성화를 회복시키며 땅심을 회복시킨다. 또한, 잔류 농약 및 중금속 등을 중화시키고 원적외선 방출(5∼20㎛)로 인하여 생장촉진 및 세포조직 활성화하여 식물 성장을 촉진시킨다.
이와 함께, 물의 구조수를 변화시키고 산소를 활성화하여, 녹조, 적조, 스컴 및 악취를 효과적으로 제거한다.
특히, 본 발명에 따른 토양 개량 또는 수질 개선용 조성물은 콜로이드 상태로 제조되어, 토양 및 물에 별도의 처리 없이 그대로 사용이 용이하다. 이는 종래 입자상의 토양 개량제나 수질 개선제와 비교하여 즉각적인 효과를 얻을 수 있다. 더불어 상기 조성물은 다른 여러 가지 조성, 일례로 액상 비료 등과도 쉽게 혼합하여 사용할 수 있다는 이점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 토양 개량 또는 수질 개선용 조성물의 제조 단계를 보여주는 순서도이다.
본 발명에 따른 친환경적이면서 토양 개량 및 수질 개선을 동시에 달성할 수 있도록 천연 미네랄이 수분산된 콜로이드를 포함하는 토양 개량 또는 수질 개선용 조성물을 개시한다.
상기 천연 미네랄이 수분산된 콜로이드는 산화철, 장석, 벤토나이트, 칼슘 분말, 황토, 운모 및 제올라이트를 포함하는 혼합 분말로부터 천연 미네랄을 추출하여 얻어진다. 이하 각 조성을 자세히 설명한다.
천연 미네랄 함유 콜로이드 조성물
산화철은 산화가에 따라서 여러 종류로 분류된다. 일례로, FeO, Fe2O3, Fe3O4 등이 있으며, 이들은 콜로이드 내에 철(Fe)이 양이온으로 이온화된 형태로 존재하여, 토양 또는 물 내에 존재하는 음이온 상태의 오염 물질과 결합하여 이를 제거하는 역할을 한다.
상기 산화철은 시판되는 것을 직접 구입하여 사용하고, 입자 크기를 500 메쉬, 바람직하기로 1000 메쉬 이하를 갖는 것을 사용한다.
이러한 산화철은 토양 개량 또는 수질 개선용 조성물을 제조하기 위해 원료 투입시 전체 혼합 분말 100 중량% 내에서 5 내지 15 중량%, 바람직하기로 7 내지 11 중량%로 사용한다. 만약, 그 함량이 상기 범위 미만이면 상기 언급한 효과를 확보할 수 없고, 이와 반대로 상기 범위를 초과하면 상대적으로 다른 조성의 함량이 줄어들어 원하는 효과를 확보할 수 없으므로, 상기 범위 내에서 적절히 사용한다.
장석은 칼륨, 나트륨, 칼슘, 바륨을 함유한 알루미늄 규산염 광물((K,Na,Ca,Ba) (Al,Si)4O8)로서, 화강암의 주요 구성성분이다. 상기 장석은 칼륨 장석, 나트륨 장석, 및 칼슘 분말의 세 가지 단성분의 계열로 주로 산출되며, 이들 은 연속고용체를 이루는데, 각각을 알칼리 장석, 사장석이라 총칭한다.
장석은 다량의 음이온을 발생하고, 90% 이상의 높은 원적외선 방사율과 함께 높은 계면 활성 효과를 갖는다. 또한, 방사능 원소를 함유하지 않은 인체에 유익한 천연물질이라 할 수 있다.
이러한 장석은 토양 개량 또는 수질 개선용 조성물을 제조하기 위해 원료 투입시 전체 혼합 분말 100 중량% 내에서 10 내지 30 중량%, 바람직하기로 17 내지 25 중량%로 사용한다. 만약, 그 함량이 상기 범위 미만이면 상기 언급한 효과를 확보할 수 없고, 이와 반대로 상기 범위를 초과하면 상대적으로 다른 조성의 함량이 줄어들어 원하는 효과를 확보할 수 없으므로, 상기 범위 내에서 적절히 사용한다.
벤토나이트는 운모와 같은 결정구조를 하는 단사정계에 속하는 광물인 몬모릴로나이트가 주로 들어있는 점토를 말한다. 주성분은 몬모릴로나이트(Montmorillonite)로 그 외에 고령토, 석영, 운모, 일라이트 등으로 이루어져 있다.
상기 벤토나이트는 직경 100∼1000nm, 두께 5∼10nm의 몬모릴로나이트를 포함하며, 약 750∼800m2/g의 높은 비표면적을 가지고, 이온교환성을 띄며 팽윤성을 가지고 있어, 녹조를 흡착할 수 있다. 또한, 단위층과 단위층 사이에서 수분을 흡착하여 30∼40배까지의 높은 팽창력으로 팽윤성이 뛰어나 표면적이 늘어나기 때문에 흡착효과가 매우 뛰어나다.
이러한 벤토나이트는 토양 개량 또는 수질 개선용 조성물을 제조하기 위해 원료 투입시 전체 혼합 분말 100 중량% 내에서 5 내지 20 중량%, 바람직하기로 8 내지 13 중량%로 사용한다. 만약, 그 함량이 상기 범위 미만이면 상기 언급한 효과를 확보할 수 없고, 이와 반대로 상기 범위를 초과하면 상대적으로 다른 조성의 함량이 줄어들어 원하는 효과를 확보할 수 없으므로, 상기 범위 내에서 적절히 사용한다.
칼슘 광석은 초기 해양 생물의 화석 잔해물의 퇴적암으로 지구 표면에 광범위하게 분포되어 있는데, 대표적인 것들이 석회석(limestone, CaCO3), 백운석(dolomite, CaCO3·MgCO3), 백악(chalk, 60% 이상이 CaCO3)이다. 이외에도 대리석(석회석과 백운석의 변성암), 석고(gypsum, CaSO4·2H2O)와 석고의 무수물, 형석(fluorite, CaF2), 인회석(apatite, Ca5(PO4)3F) 등이 주요 칼슘 광석이다. 산호, 조개 껍질, 진주 등도 주로 탄산칼슘(CaCO3)으로 되어있으며, 동물의 뼈와 이는 주로 칼슘의 인산염으로 되어있다.
상기 칼슘은 식물 성장에 필요한 필수 영양소 중 하나로서, 식물의 세포막을 튼튼하게 하고, 작물의 수확량을 높인다. 또한, 양이온으로 존재하여 토양 및 물 내에 존재하는 불순 이온을 흡착하는 역할을 한다.
본 발명에서는 칼슘 분말로 칼슘 분말 자체나, 칼슘을 포함하는 화합물의 분말을 사용한다. 금속 칼슘 분말 자체는 소량 생산되며, 주로 합금재료나 다른 금속을 야금할 때 환원제 등으로 사용된다. 또한, 상기 칼슘을 포함하는 화합물은 방대한 양의 석회석(CaCO3 함유), 석회(CaO), 염화칼슘(CaCl2), 탄산칼슘(CaCO3) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종이 가능하다.
이러한 칼슘은 토양 개량 또는 수질 개선용 조성물을 제조하기 위해 원료 투입시 전체 혼합 분말 100 중량% 내에서 1 내지 15 중량%, 바람직하기로 3 내지 9 중량%로 사용한다. 만약, 그 함량이 상기 범위 미만이면 상기 언급한 효과를 확보할 수 없고, 이와 반대로 상기 범위를 초과하면 상대적으로 다른 조성의 함량이 줄어들어 원하는 효과를 확보할 수 없으므로, 상기 범위 내에서 적절히 사용한다.
황토는 함수 산화철과 무수 산화철을 함유한 규토와 흙으로 이뤄진 자연 상태의 흙을 말하며, 우리나라 전역에서 쉽게 구할 수 있다. 상기 황토는 60∼70％의 석영을 함유하며, 10∼20％의 장석과 운모, 5∼35％의 탄산염 광물을 구성하고 있다. 화학 조성을 보면, 50∼60％의 실리카(SiO2), 8∼12％의 알루미나(Al2O3), 2∼4％의 산화철(Ⅲ)(Fe2O3), 0.8∼1.1％의 산화철(Ⅱ)(FeO), 약 0.5％의 이산화티탄(TiO2)과 산화망간(MnO), 4∼16％의 석회(CaO), 2∼6％의 산화마그네슘(MgO) 등과 같은 비율로 가장 흔하게 나타난다.
이러한 조성을 갖는 황토는 흙속의 미생물 분해력과 단백질 성분을 아미노산으로 가수분해시키는 특징이 있으며, 황토 입자 사이의 빈 공간이 불순물, 오염 물질을 흡착 분해해서 산소를 풍부하게 하고 원적외선을 방출한다. 또한, 적조를 일으키는 조류의 먹이가 되는 인 성분을 흡착하여 적조를 막고, 해수 중의 현탁물질(영양 물질, 플랑크톤 등)을 응집, 흡착하는 성질이 있다.
이러한 황토는 토양 개량 또는 수질 개선용 조성물을 제조하기 위해 원료 투입시 전체 혼합 분말 100 중량% 내에서 10 내지 40 중량%, 바람직하기로 20 내지 28 중량%로 사용한다. 만약, 그 함량이 상기 범위 미만이면 상기 언급한 효과를 확보할 수 없고, 이와 반대로 상기 범위를 초과하면 상대적으로 다른 조성의 함량이 줄어들어 원하는 효과를 확보할 수 없으므로, 상기 범위 내에서 적절히 사용한다.
운모(雲母, mica)는 완벽한 판상의 쪼개짐을 가지는 특정한 규산염 광물들에 대한 총칭으로, 단사정계이며 육각 판상의 결정형을 가진다. 상기 운모는 화성암, 변성암 퇴적암에 널리 분포하며, 흑색, 갈흑색, 녹흑색 등 다양한 형태의 겉보기색이 존재하고, 본 발명에서는 바람직하기로 흑색의 흑운모를 사용한다.
흑운모는 원적외선 방사율이 94% 이상으로 매우 높고, 게르마늄이 36ppm으로 매우 높은 수준으로 함유되어 있고, 마그네슘을 다량 함유하고 있어, '생명의 돌'로도 불리운다. 상기 마그네슘은 토양 내 인산과 결합하여 토양을 안정화하고, 식물의 성장 등에 필요한 미네랄을 공급하고, 헥산의 생체 반응을 촉진시켜 광합성을 효율적으로 한다. 또한, 이온 교환 작용에 의해, 토양 및 물 내에 함유된 각종 불순 이온을 흡착하여, 토양 및 수질을 정화하는 역할을 한다.
이러한 운모는 토양 개량 또는 수질 개선용 조성물을 제조하기 위해 원료 투입시 전체 혼합 분말 100 중량% 내에서 5 내지 30 중량%, 바람직하기로 12 내지 18 중량%로 사용한다. 만약, 그 함량이 상기 범위 미만이면 상기 언급한 효과를 확보할 수 없고, 이와 반대로 상기 범위를 초과하면 상대적으로 다른 조성의 함량이 줄어들어 원하는 효과를 확보할 수 없으므로, 상기 범위 내에서 적절히 사용한다.
제올라이트는‘비등하는 돌’이라고 하며, 알칼리 및 알칼리토금속의 규산알루미늄 수화물(水化物)인 광물의 총칭으로서, 결정구조적으로 각 원자의 결합이 느슨하고, 그 사이를 채우고 있는 수분을 고열로 방출시켜도 골격은 그대로 있기 때문에 다른 미립물질을 흡착할 수가 있다.
구체적으로, 알칼리 금속 또는 알칼리토류 금속을 함유하는 함수 알루미늄 규산염 광물의 일종으로 (Si, Al)O4의 사면체가 입체 망상으로 결합하고 있는 구조로 중앙부에 큰 틈이 존재하는 것이 특징이다. 틈의 직경이 0.6mm를 넘는 것도 있다. 이 틈으로 다량의 물을 흡착할 수가 있다. 제올라이트는 그 결정구조 내에 있는 양이온의 작용에 의해 불포화 탄화수소나 극성물질을 선택적으로 강하게 흡착하는 성질을 갖는다. 또한, 제올라이트는 이온교환성을 갖는다. 결정구조 내에 교환 가능한 양이온을 함유하고 있기 때문에 용이하게 다른 양이온과 자유롭게 교환된다. 이 성질을 이용하여 유해 물질의 제거, 유용 성분의 농축, 회수를 할 수 있다.
이러한 제올라이트는 토양 개량 또는 수질 개선용 조성물을 제조하기 위해 원료 투입시 전체 혼합 분말 100 중량% 내에서 5 내지 30 중량%, 바람직하기로 11 내지 18 중량%로 사용한다. 만약, 그 함량이 상기 범위 미만이면 상기 언급한 효과를 확보할 수 없고, 이와 반대로 상기 범위를 초과하면 상대적으로 다른 조성의 함량이 줄어들어 원하는 효과를 확보할 수 없으므로, 상기 범위 내에서 적절히 사용한다.
제조방법
전술한 바의 조성을 포함하여 제조되는 본 발명에 따른 토양 개량 또는 수질 개선용 조성물은 도 1에서 도시한 바의 방법에 의해 제조할 수 있다..
도 1을 참조하면, 본 발명의 토양 개량 또는 수질 개선용 조성물은
(S1) 산화철, 장석, 벤토나이트, 칼슘 분말, 황토, 운모 및 제올라이트 각각의 원료 무기 분말을 혼합하여 혼합 분말을 제조하는 단계;
(S2) 상기 혼합 분말을 물에 분산시켜 분산액을 얻는 단계;
(S3) 얻어진 분산액을 숙성하는 단계; 및
(S4) 숙성 분산액을 여과하여 미네랄 성분을 포함하는 콜로이드를 얻는 단계를 포함하여 제조한다.
이하 각 단계별로 상세히 설명한다.
먼저, 산화철, 장석, 벤토나이트, 칼슘 분말, 황토, 운모 및 제올라이트 원료 무기 분말을 혼합기에 투입 후 혼합 공정을 통해 혼합 분말을 제조한다(S1).
이때 혼합기는 일측에 교반 장치가 구비된 것이면 본 발명에서 한정하지 않고 이 분야에서 공지된 것이면 어느 것이든 사용 가능하다. 일례로, 분말 혼합시 사용하는 볼밀링(ball milling), 유성 밀링(planetary milling) 또는 어트리션 밀링(attrition milling) 등의 분말 혼합 장치가 사용될 수 있다.
이때 혼합 분말은 상기 언급한 바의 조성 범위를 갖도록 함량을 조절하여 투입하고, 고른 혼합을 위해 미리 입도가 조절된 분말을 사용하거나, 혼합 공정 시 밀링 등의 공정을 수행하여, 입도를 조절한다.
바람직하기로, 천연 미네랄의 추출 효율을 높이기 위해, 입자 크기를 500 메쉬 이하, 더욱 바람직하기로 1000 메쉬 이하의 크기를 갖도록 혼합 분말의 입자 크기를 조절한다. 만약, 입자 크기가 상기 범위를 초과할 경우에는 천연 미네랄을 추출하기 위한 숙성 기간이 과도하게 길어지거나 추출 효율을 매우 저하되는 문제가 있으므로, 상기 범위 내에서 적절히 사용한다.
이때 혼합 공정 시간은 상기 원료 무기 분말이 충분히 혼합되고, 입자 크기가 500 메쉬 이하를 충분히 확보할 수 있도록 2 내지 24시간, 바람직하기로 5 내지 12시간 동안 수행한다.
다음으로, 상기 S1에서 얻은 혼합 분말을 물에 분산시켜 분산액을 얻는다(S2).
혼합 분말 내 함유된 천연 미네랄을 추출하기 위한 전단계로 이들 간의 균일한 혼합을 위해, 상기 혼합 분말 100 중량부에 대해 물 100 내지 1000 중량부를 첨가한 후 지속적으로 교반한다.
이때 교반은 본 발명에서 특별히 한정하지 않으며, 공지의 다양한 혼합 장치가 사용될 수 있으며, 일례로 밀폐형 혼합기(예: 밴버리 믹서, 니더 등) 또는 개방형 혼합기(예: 롤 밀) 등의 혼합기에 투입하여 수행한다.
본 교반은 상온에서 수행하는 것이 바람직하며, 필요한 경우 열을 가할 수 있다. 이때 그 온도는 60℃를 넘지 않는 것이 바람직하며, 교반 도중 물이 휘발될 수 있으므로, 필요에 따라 물을 더욱 첨가한다.
또한, 교반 시 rpm은 장치의 종류 및 규모, 사용하는 원료 분말의 용량 등에 따라 달라질 수 있으므로, 본 발명에서 특별히 한정하지 않는다.
다음으로, 상기 S2에서 얻은 분산액을 일정 온도에서 일정 시간 동안 방치하는 숙성 공정을 수행한다(S3).
본 숙성 공정을 통해 산화철 등의 혼합 분말 내 함유된 천연 미네랄을 추출한다.
상기 숙성은 혼합기 내에서 수행하거나, 별도의 숙성 장치로 이동하여 수행할 수 있으며, 10 내지 50℃, 바람직하기로 20 내지 40℃에서 수행한다. 만약, 숙성 온도가 상기 범위 미만이면, 천연 미네랄이 충분히 추출될 수 없고, 이와 반대로 상기 범위를 초과할 경우 물이 과도하게 휘발 되어 별도의 물의 추가 및 이에 따라 혼합물 내 안정성에 영향을 주므로, 상기 범위 내에서 수행한다.
상기 숙성 온도와 함께 천연 미네랄의 추출은 숙성 시간에도 영향을 받는다. 바람직하기로 1시간 내지 7일, 바람직하기로 10시간 내지 100시간 동안 방치함으로써 수행한다. 만약 그 시간이 상기 범위 미만이면 숙성 온도와 마찬가지로 천연 미네랄이 충분히 추출될 수 없고, 이와 반대로 상기 범위를 초과하더라도 추출 효율의 증가가 없으므로, 상기 범위 내에서 적절히 사용한다.
다음으로, 상기 S3에서 숙성된 숙성 분산액을 여과하여 미네랄 성분을 포함하는 콜로이드를 회수하여 토양 개량 또는 수질 개선용 조성물을 얻는다.
상기 여과는 숙성 분산액 내 존재하는 찌꺼기 등을 제거하거나 입도가 큰 광물의 제거를 위한 것으로, 본 발명에서 특별히 한정하지 않으며 이 분야에서 공지된 바의 여과 장치를 이용하여 수행한다.
이러한 단계를 거쳐 최종 얻어진 조성물은 천연 미네랄이 수분산된 콜로이드로서, Fe, MgO, Fe2O3, MnO, BO, Zn, Mo, Cu, Cl, Sr, Co, Rb, Se, Sb, Ge, SiO2, Na, CaCO3, H3PO4, KNO3, KH2PO4, 및 SO3 중 어느 하나 이상의 미네랄 성분을 45 내지 55 중량% 농도로 포함한다. 즉, 상기 조성물은 천연 미네랄 성분이 미세 입자로 분산되어 토양 또는 물에 도포 시 상기 천연 미네랄 성분으로부터 야기하는 효과를 얻는다.
용도
본 발명에 따른 조성물은 토양 개량제, 수질 개선제, 액상 비료, 세제 및 수성페인트, 미용비누, 화장품, 통증치료제, 건축자재, 산업용 등 광범위하게 사용할 수 있다.
그 중에서도 바람직하기로, 본 발명에 따라 얻어진 천연 미네랄이 수분산된 콜로이드 조성물은 다양한 분야에 적용 가능하며, 바람직하기로 토양 개량제 및 수질 개선제로 적용이 가능하여, 토양 및 물의 자기 정화 능력을 증가시킨다.
토양 개량제 및 수질 개선제로 적용할 경우, 상기 조성물을 그대로 사용하거나, 농축하여 사용할 수 있고, 필요한 경우, 건조 단계를 거쳐 분말 상태로 회수한 다음 사용이 가능하다. 이러한 사용 방식은 본 발명에서 특별히 한정하지 않으며, 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 방법이 사용될 수 있다.
먼저, 본 발명에 따른 조성물을 토양 개량제로서 사용할 경우 양이온 상태로 존재하는 각종 천연 미네랄로 인해 토양 내 미네랄의 균형을 회복해주고, 화학비료나 농약으로 인해 피폐된 토양의 산도를 조절하여 중성 토양으로 개질하고, 각종 식물 및 농작물의 질병에 대해 예방 효과가 높다.
즉, 상기 조성물을 토양 개량제로 사용할 경우 식물의 뿌리를 활착시키고 토양의 개선으로 인해 생육을 촉진할 뿐만 아니라 고품질의 작물의 증산 수확을 가능케 한다. 또한, 식물 뿌리의 발근이 좋고 미네랄의 흡수가 잘되며 미생물의 수가 증가하여 뿌리병인 라지패취병, 브라운패취병, 엽권병인 탄저병, 청고병, 각종 곰팡이병의 예방효과가 우수하고 미량 요소 및 천연 영양 물질이 많이 함유되어 있어 미량원소 결핍에 의한 잎마름병, 끝마름병 등의 예방효과가 높다.
이러한 식물 또는 농작물은 본 발명에서 특별히 한정하지 않으며, 토질 개선 및 식물 생육 촉진이 요구되는 벼농사, 잔디(골프장), 과수, 원예, 산림등 벼, 보리, 수박, 참외, 딸기, 포도, 자두, 담배, 인삼, 고추, 사과, 복숭아, 배, 포도, 감, 귤, 마늘, 참깨, 토마투, 당근, 땅콩, 무 배추, 호박, 양파, 대파, 생각, 오이, 화훼, 고구마, 감자 등이 될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 조성물을 수질 개선제로서 사용할 경우 이러한 원액을 강이나 하천, 호수에 대하여 직접 사용하거나, 정화하고자 하는 현장에서 물을 수급하여 상기 원액 중량대비 50∼60배의 물을 원액과 혼합하여 희석한 상태로 살포 또는 투여할 수 있다.
특히, 본 발명에 따른 토양 개량제 및 수질 개선제는 보다 빠른 시간 내에 오염된 폐수나 토양을 정화시킬 수 있는 것이며, 천연소재로 이루어져 있어 인체에 무해하므로 매우 친환경적이다. 이러한 조성물은 다른 여러 가지 조성, 일례로 액상 비료 등과도 쉽게 혼합하여 제품화한다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기로 하지만, 하기 실시예가 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니며, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로 해석되어야 할 것이다.
[실시예]
실시예 1 : 천연 미네랄이 수분산된 콜로이드 상태의 조성물 제조
산화철, 장석, 벤토나이트, 칼슘 분말, 황토, 운모 및 제올라이트를 건조하여 원료를 준비한 다음, 볼밀기에 산화철(FeO) 10 중량%, 장석 20 중량%, 벤토나이트 10 중량%, 칼슘 분말(CaCO3) 5 중량%, 황토 25 중량%, 운모 15 중량%, 및 제올라이트 15 중량%를 첨가하여 4시간 동안 균일하게 혼합하여 1000 메쉬의 입자 크기를 갖는 혼합 분말을 제조하였다.
상기 혼합 분말에 물을 1:1의 중량비로 첨가한 후 8시간 동안 교반하여 분산액을 제조 후, 이를 30℃로 유지되는 숙성 장치에 주입하여 72시간 동안 숙성시켰다.
숙성된 분산액은 여과하여 천연 미네랄이 수분산된 콜로이드 상태의 조성물을 제조하였다.
실험예 1: 토양 개량 효과
상기 실시예 1에서 얻어진 조성물의 토양 개량 효과를 확인하기 위해, 기존 액체 비료(비교예 1)와, 토양 개량제를 사용하지 않은 경우(비교예 2)와 비교하여 잔디에 적용하였다.
그 결과, 본 발명에 따른 실시예 1의 조성물을 사용하는 경우 비교예 1 및 비교예 2와 비교하여 잔디 성장이 빨랐으며, 병충해 등이 발생하지 않음을 확인하였다.
실험예 2: 수질 정화 효과
상기 실시예 1에서 얻어진 조성물의 토양 개량 효과를 확인하기 위해, 한강 하류에서의 녹조와 물을 가져와, 시판되는 수질 개선제(비교예 3)와 수질 개선제를 사용하지 않은 경우(비교예 4)를 비교하였다.
세 개의 1000ml 비이커에 500ml의 녹조물을 각각 넣고, 여기에 실시예 1의 조성물과 수질 개선제(비교예 3)을 각각 10ml씩 첨가한 다음, 녹조물의 투과율을 확인하였다. 그 결과, 1시간 이후 본 발명에 따른 실시예 1의 조성물을 사용하는 경우, 투과율이 비교예 3 및 4에 비해 매우 높아, 수질이 개선됨을 알 수 있다.
이상 본 발명을 실시예에 기초하여 설명하였으나, 이는 본 발명을 예증하기 위한 것일 뿐 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 통상의 기술자라면, 본 실시예에 기초하여 다양한 변형이나 수정을 가할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 권리범위는 아래의 청구범위에 의하여 결정되어야 하며, 통상의 기술자가 행하는 그러한 변형이나 수정은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석될 수 있다.
본 발명에 따른 조성물은 토양 개량제, 수질 개선제, 수질 정화제, 화장품, 세제, 미용 비누, 샴푸, 린스, 통증 치료, 치약, 식품 첨가제, 식음료, 액체 비료 등에 사용할 수 있다. 또한, 녹이 스는 것을 차단하므로, 선박의 워터 밸런스에도 사용할 수 있다.

Claims (8)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 전체 100 중량% 내에서
    각 조성의 입자 크기가 500 메쉬 이하이며, 산화철 5 내지 15 중량%, 장석 10 내지 30 중량%, 직경 100~1000nm, 두께 5~10nm, 비표면적이 750~800m2/g인 벤토나이트 8 내지 20 중량%, CaCO3 탄산칼슘 분말 1 내지 15 중량%, 황토 10 내지 40 중량%, 운모 5 내지 30 중량% 및 제올라이트 5 내지 30 중량%의 함량비로 혼합하여 혼합 분말을 제조하고,
    상기 혼합 분말을 물과 1:1 내지 1:5의 중량비로 혼합하여 분산액을 얻는 단계;
    얻어진 분산액을 10 내지 50℃에서 1시간 내지 72시간 동안 숙성하는 단계; 및
    얻어진 숙성 분산액을 여과하여 Fe, MgO, Fe2O3, MnO, BO, Zn, Mo, Cu, Cl, Sr, Co, Rb, Se, Sb, Ge, SiO2, Na, CaCO3, H3PO4, KNO3, KH2PO4, 및 SO3를 포함하는천연 미네랄 성분이 45 내지 55 중량% 농도로 수분산된 콜로이드를 얻는 단계를 포함하여 제조하는 것을 특징으로 하는 토양 개량 또는 수질 개선용 조성물의 제조방법.
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