KR101738475B1 - 천연 광물의 유기화를 통한 액체 비료 제조방법 - Google Patents

천연 광물의 유기화를 통한 액체 비료 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 천연 광물의 유기화를 통한 액체 비료 제조방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 무기 미네랄인 천연 광물을 킬레이트 처리를 통하여 유기 미네랄로 전환시켜 액체 비료를 제조함으로써 토양에 공급할 경우 토양의 활성화에도 도움이 될 수 있도록 하고, 종래의 대다수의 비료들이 무기 미네랄이 포함되어 있어 토양에서 재배된 작물을 섭취하였을 때 미네랄의 체내 흡수율이 낮은 문제점을 해결하여 미네랄의 체내 흡수율을 높일 수 있도록 하는 천연 광물의 유기화를 통한 액체 비료 제조방법에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명은 (a) 천연 모데나이트 분말, 귀양석 분말, 전기석 분말, 희토 광물 분말, 흑운모 분말 중 적어도 어느 하나 이상의 천연 광물 분말을 혼합하여 준비하는 단계; (b) EDTA(ethylenediaminetetraacetic acid, 에틸렌다이아민테트라초산) 분말과 증류수를 반응시켜 10 내지 20 중량% 농도를 갖는 용액을 제조하는 단계; (c) (a) 단계의 분말과 (b) 단계의 용액을 3:7의 중량비로 하여 반응조에 투입하고, 600rpm의 회전속도로, 35~40도씨의 반응온도로 혼합하는 단계; (d) (c) 단계의 결과물을 침전시키는 단계; 및 (e) (d)단계 이후 상층부를 수득하는 단계를 포함하는 천연 광물의 유기화를 통한 액체 비료 제조방법을 제공한다.

Description

천연 광물의 유기화를 통한 액체 비료 제조방법{Method for liquid fertilizer using organic modified natural mineral}
본 발명은 천연 광물의 유기화를 통한 액체 비료 제조방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 무기 미네랄인 천연 광물을 킬레이트 처리를 통하여 유기 미네랄로 전환시켜 액체 비료를 제조함으로써 토양에 공급할 경우 토양의 활성화에도 도움이 될 수 있도록 하고, 종래의 대다수의 비료들이 무기 미네랄이 포함되어 있어 토양에서 재배된 작물을 섭취하였을 때 미네랄의 체내 흡수율이 낮은 문제점을 해결하여 미네랄의 체내 흡수율을 높일 수 있도록 하는 천연 광물의 유기화를 통한 액체 비료 제조방법에 관한 것이다.
미네랄(mineral)이란 천연 광물 내에 존재하는 원소로서, 생체의 생리 기능에 필요한 광물성 영양소를 의미한다.
미네랄은 5대 영양소 중 하나로써 체내의 활성산소와 결합하여 물로 배출이 되기 때문에 인체의 구성에 필수적인 요소로서, 수용액 속에서 이온화되어 전하를 띠며 녹을 수 있는 전해질 기능을 가지고 있다.
미네랄은 인체에서 자연적으로 생성되지 않기 때문에 외부에서 채식이나 기능성 식품 등을 통해 인위적으로 섭취되어야만 하지만 다농작 연작 등으로 토양의 미네랄 고갈로 인하여 미네랄이 부족한 채소와 곡식이 재배되고 이러한 농작물을 섭취하게 됨에 따라 미네랄을 충분히 흡수하지 못하게 되어 체내 불균형을 초래하게 된다.
한편, 종래의 비료는 화학비료와 천연비료로 구분되어 진다. 화학비료는 화학반응에 의해 생성된 비료를 의미하며, 질소비료(식물체를 구성하는 성분), 인산비료(식물세포의 원형질을 구성하는 성분), 칼륨비료(단백질 합성에 필요한 성분), 다성분비료 등으로 구분된다. 화학비료는 대량생산, 균일품질, 안전공급, 가격 안정 등의 장점이 있으나, 과잉시비로 인하여 토양 유기물 감소로 지력을 저하시키는 문제점이 있다.
한편, 액상비료는 부산물 비료인 퇴비, 두엄과 유기질 비료인 유박이 대표적인 예이며, 작물의 생장에 필요한 영양분을 공급할 뿐 필수 미네랄 함량이 낮아 상기 미네랄 섭취가 어렵다는 단점이 있다.
한편, 양액비료는 재배농가가 늘어나고 있는 수경재배에 사용하는 액체 비료로서 무기미네랄이 함유되어 있으나, 무기물 형태로 존재하여 체내 섭취시 체내 흡수율이 5% 미만으로 매우 미흡하다.
이와 같이, 기존의 비료는 작물의 생장에 필요한 영양분을 공급하고, 지력을 개선시키는 역할에만 국한되어 있어 필수 미네랄의 섭취가 어려운 실정이다.
따라서, 미네랄 섭취의 흡수율을 높일 수 있는 제조방법을 통해 수득된 기능성 작물 재배의 연구개발이 필요할 것으로 보인다.
선행기술문헌 : KR 등록특허공보 제1502503호(2015.3.9.등록)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 특히 현재 시판되고 있는 종래의 액체 비료는 대부분 무기태 물질로서, 그 흡수 효율이 낮다는 한계점이 있으므로, 흡수율이 낮은 무기 미네랄을 흡수율이 높인 유기미네랄로 전환할 수 있는 액상 비료 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 안출된 본 발명에 따른 천연 광물의 유기화를 통한 액체 비료 제조방법은 (a) 천연 모데나이트 분말, 귀양석 분말, 전기석 분말, 희토 광물 분말, 흑운모 분말 중 적어도 어느 하나 이상의 천연 광물 분말을 혼합하여 준비하는 단계; (b) EDTA(ethylenediaminetetraacetic acid, 에틸렌다이아민테트라초산) 분말과 증류수를 반응시켜 13 내지 15 중량% 농도를 갖는 용액을 제조하는 단계; (c) (a) 단계의 분말과 (b) 단계의 용액을 3:7의 중량비로 하여 반응조에 투입하고, 600rpm의 회전속도로, 35~40도씨의 반응온도로 혼합하는 단계; (d) (c) 단계의 결과물을 침전시키는 단계; 및 (e) (d)단계 이후 상층부를 수득하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, (b) 단계에서 제조된 용액에 10 내지 20 중량%의 농도를 갖는 구연산을 추가 투입할 수 있는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, (a) 단계에서 혼합되는 천연 광물 분말은 천연 모데나이트 분말 30 내지 60 중량부, 귀양석 분말 20 내지 40 중량부, 전기석 분말 20 내지 40 중량부, 희토 광물 분말 10 내지 30 중량부, 및 흑운모 분말 30 내지 60 중량부가 혼합 조성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 의하면 무기 미네랄인 천연 광물을 킬레이트 처리를 통하여 유기 미네랄로 전환시켜 액체 비료를 제조함으로써 토양에 액체 비료를 공급할 경우 토양의 활성화에도 도움이 될 수 있도록 하고, 종래의 대다수의 비료들이 무기 미네랄이 포함되어 있어 토양에서 재배된 작물을 섭취하였을 때 미네랄의 체내 흡수율이 낮은 문제점을 해결하여 미네랄의 체내 흡수율을 높일 수 있도록 하는 데 그 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 천연 광물의 유기화를 통한 액체 비료 제조방법의 흐름도, 및
도 2는 본 발명의 용액 제조 단계에서 이용되는 EDTA의 구조를 도시한 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 천연 광물의 유기화를 통한 액체 비료 제조방법의 흐름도이고, 도 2는 본 발명의 용액 제조 단계에서 이용되는 EDTA의 구조를 도시한 도면이다.
일반적으로 미네랄은 무기 미네랄과 유기 미네랄로 나뉘어진다. 무기 미네랄은 공기, 흙, 물 속에 함유되어 있으며, 대부분 사람이나 동물이 흡수할 수 없는 상태로 존재하여, 섭취 시 95% 이상 체외로 배출된다. 반면, 유기 미네랄은 식물이나 동물에 함유되어 인체에서 소화 및 흡수 가능하다. 본 발명에서는 무기 미네랄의 하나인 천연 광물을 유기 미네랄화하여 이를 액체 비료로 활용할 수 있도록 한다.
시중에 나와있는 대다수의 비료들은 무기 미네랄을 포함하여 체내 섭취 시 그 흡수성이 5% 이하인데 반하여, 본 발명에서는 액상 비료로 활용하기 위하여 천연 광물을 주 원재료로 하여 유기 미네랄화하여 체내 흡수율을 40% 이상 높일 수 있도록 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 천연 광물의 유기화를 통한 액체 비료 제조방법은, 도 1을 참조하면, 분말 준비 단계(S10), 용액 제조 단계(S20), 혼합 단계(S30), 침전 단계(S40), 및 수득 단계(S50)를 포함하여 이루어진다.
분말 준비 단계(S10)는 천연 광물 분말을 준비하는 단계이다. 천연 광물 분말로는 천연 모데나이트, 귀양석, 전기석, 희토 광물, 흑운모 중 적어도 어느 하나이상의 천연 광물 분말을 일정 비율로 혼합하여 사용할 수 있다.
이 때, 천연 광물 분말들의 배합 비율은 전체 천연 광물 분말 110~230 중량부에서 모데나이트 분말 30~60 중량부, 귀양석 분말 20~40 중량부, 전기석 분말 20~40 중량부, 희토 광물 분말 10~30 중량부, 흑운모 분말 30~60 중량부로 혼합되는 것을 특징으로 한다.
이 때, 파쇄 및 분쇄되는 입자의 크기는 325메쉬 이상인 것이 바람직하다.
모데나이트(Mordenite)는 제올라이트의 일종으로서, 순도 90% 이상의 광물이며, CEC(Cation Exchange Capacity, 양이온 교환용량)이 168meq/100g(85%) 로서 높은 편이며, 촉매, 이온교환, 흡착제로서의 기능을 하며 토양개량제, 동물사료 등에 활용될 수 있다.
귀양석은 방사능원소를 함유하지 않은 인체에 유익한 천연 광물로서, 높은 계면활성의 효과가 있으며, 음이온의 발생량이 최대 24,000/cc 로, 토르마린의 10배정도에 해당되는 다량의 음이온이 발생되는 물질이다.
전기석은 수정과 같은 결정을 가진 육방정계에 속하는 광물로서 토르말린이라고도 지칭한다. 마찰에 의해 전기가 생기며, 가열하면 양끝이 양,음으로 대전되는 특징을 가진다.
희토 광물은 천연 광물로서, 화학적으로 안정되면서 열을 잘 전달하는 성질이 있으며, 농작물 광합성을 촉진하고 엽록소를 증대시켜 생산량을 증가시키고, 질산염 발생과 농약잔류량을 감소시키는 효과가 있는 물질이다.
흑운모는 운모와 같은 결정구조를 가지는 단사정계에 속하는 광물로서, 인체의 신진대사를 원활하게 하여 활동량을 증가시키고, 면역력 증강에 도움을 줄 수 있는 물질이다.
일례로, 흑운모에 함유되어 있는 성분을 분석하여 보면, Fe, V, Al, Mg, K, Se, Na 등의 원소 성분이 분석된다.
용액 제조 단계(S20)는 EDTA 분말과 증류수를 반응시켜 반응용액을 제조하는 단계이다.
일반적으로 EDTA는 ethylenediaminetetraacetic acid, 에틸렌다이아민테트라초산 로서, 도 2에 도시된 바와 같이, 카복실산염과 아민기를 매개로 하여 양이온과 결합하는 결정성 분말로서, 양이온과 수용성 킬레이트를 형성하는 특징을 가지고 있다.
이 때, 98 %의 EDTA 분말과 증류수를 반응시켜 10 내지 20 중량% 농도의 용액을 제조한다. 보다 바람직하게는 13 내지 15 중량% 농도의 EDTA 용액으로 제조하는 것이 바람직하다. EDTA 용액의 농도가 13 중량 % 미만인 경우, 용해도, 즉 포화농도가 낮아서 반응성이 떨어지고, EDTA 용액의 농도가 15 중량% 이상인 경우는 과포화 상태로 반응성이 떨어질 수 있다.
S20 단계에서는 용액을 제조한 다음, 구연산 분말을 더 추가할 수도 있다.
이 때, 투입되는 구연산 분말은 10 내지 20 중량 % 농도가 바람직하다.
여기서, 유기산의 한 종류인 구연산을 추가로 투입하는 이유는, 산도를 pH 2 내지 3 가량으로 유지하기 위해서다. 구연산 분말이 10 중량 % 미만이거나, 20 중량% 이상인 경우는 바람직한 산도인 pH 2 내지 3을 유지하기가 어렵다.
혼합 단계(S30)는 천연 광물 분말과 S20 단계에서 제조한 용액이 혼합하여 유기화합물을 생성하는 단계이다. S30 단계는 S10 단계의 결과물과 S20 단계의 결과물을 3:7의 중량비로 하여 반응조에 투입하고 600rpm의 회전속도로, 35~40도씨의 반응온도로 반응시킨다.
반응온도는 35~40도씨인 것이 바람직하다. 35~40도씨는 인체 체내 소화 온도에 준하는 온도로서, 액체 비료로 재배된 작물을 섭취할 시 체내 흡수율을 높일 수 있는 가장 바람직한 온도이다.
천연 광물 분말(미네랄)과 용액(EDTA 와 증류수가 혼합된 용액)가 반응하여 킬레이트 유기물이 생성되는 반응식을 간략하게 표현하면 아래와 같다.
이 때, M은 미네랄로서, 미네랄은 양이온의 성질을 띄는 물질에 해당되므로, EDTA 의 음이온과 결합하여 킬레이트 화합물을 형성할 수 있다.
EDTA + 2M = M2(EDTA)
여기서, 양이온인 무기미네랄의 원소 중 칼슘, 마그네슘, 철, 아연, 바나듐 등이 이용될 수 있다.
일 실시예로서, EDTA와 양이온이 반응하여 킬레이트 생성될 때, 양이온이 Ca 인경우 생성되는 반응식을 간략하게 표현하면 다음과 같다.
2Ca2+ + [EDTA] = Ca2[EDTA]
침전 단계(S40)는 반응이 완료된 S30 단계의 결과물을 소정 시간동안 방치하여 침전시킨다. 일반적으로 S40 단계는 상온인 25도씨에서 수행되어진다.
수득 단계(S50)는 S40 단계의 결과물 중 침전된 잔여물을 제외한 상층부를 취득하는 단계이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 천연 광물의 유기화를 통한 액체 비료 제조방법에 의해 액체 비료를 제조하는 데 활용될 수 있다.
아래는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 천연 광물의 유기화 제조방법에 의해 제조된 액체 비료의 성분 함량 시험 검사표 중 일부를 도시하였으며, 표 1에서와 같이 인체에 필수적인 원소인 Fe, Ca, Mg, Na, S 등의 농도 검출이 높음을 확인할 수 있다.
액체 비료 성분표
Element Wavelength(nm) Concentration(ppm)
Fe 238.204 2460
Al 396.153 1410
Ca 317.933 1140
Mg 285.213 2200
Na 589.592 1390
S 181.975 1840
V 290.88 299
Ni 231.604 2.18
아래는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 천연 광물의 유기화를 통한 액체 비료 제조방법에 의해 재배된 쌀의 성분 검사 결과치를 도시하였으며, 표 2에서와 같이 마그네슘, 비타민 B2 함량이 높은 작물이 재배됨을 확인할 수 있다.
바나듐(V)의 경우, 일반적으로 인체에 유해한 물질로서 알려져 있으나, 50~100ppm 정도의 과량인 경우, 중금속으로 분류되고 있으나, 실질적으로 유기 바나늄(V)은 인슐린과 유사한 작용을 하여 당뇨 혈당을 낮춰주고, 콜레스테롤 합성을 억체해줄 수 있다는 효능을 가지고 있어 인체에 필수 원소로서 작용한다. 또한, 본 실험에서는 인체에 유해한 영향을 주지 않을 정도인 극미량으로 포함되어 있음을 확인할 수 있다.
쌀 검사 성적표
검사항목 단위 검사 결과 비고
열량 kcal/100g 345.26
비타민 B1 mg/kg 0.00
비타민 B2 mg/kg 44.44
비타민 D IU/kg 0.00
베타글루칸 % 3.01
바나듐 mg/kg 5.62
마그네슘 mg/kg 453.83
크롬 mg/kg 0.49
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (3)

  1. (a) 천연 모데나이트 분말, 귀양석 분말, 전기석 분말, 희토 광물 분말, 흑
    운모 분말 중 적어도 어느 하나 이상의 천연 광물 분말을 혼합하여 준비하는 단계;
    (b) EDTA(ethylenediaminetetraacetic acid, 에틸렌다이아민테트라초산) 분
    말과 증류수를 반응시켜 13 내지 15 중량% 농도를 갖는 용액을 제조하는 단계;
    (c) (a) 단계의 분말과 (b) 단계의 용액을 3:7의 중량비로 하여 반응조에 투
    입하고, 600rpm의 회전속도로, 35~40도씨의 반응온도로 혼합하는 단계;
    (d) (c) 단계의 결과물을 침전시키는 단계; 및
    (e) (d)단계 이후 상층부를 수득하는 단계
    를 포함하고,
    (b) 단계에서 제조된 용액에 10 내지 20 중량%의 농도를 갖는 구연산을 추가
    투입할 수 있는 것
    을 더 포함하며,
    (a) 단계에서 혼합되는 천연 광물 분말은
    천연 모데나이트 분말 30 내지 60 중량부, 귀양석 분말 20 내지 40 중량부,전기석 분말 20 내지 40 중량부, 희토 광물 분말 10 내지 30 중량부, 및 흑운모 분말 30 내지 60 중량부가 혼합 조성되는 것
    을 특징으로 하는 천연 광물의 유기화를 통한 액체 비료 제조방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
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