KR20020031373A - 제올라이트와 이탄을 이용한 활성부식토의 인공제조방법 - Google Patents

제올라이트와 이탄을 이용한 활성부식토의 인공제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 부식토(腐植土)중에서 풀부산(Fulvic acid) 및 금속착체(金屬錯體)가 유리(遊離)의 상태로 유도(誘導)되어 있으면서, 자체산화기능, 산화탈취의 촉매기능, 유기물을 부식화하는 부식화반응을 촉진하는 기능 등을 가진 활성부식토(Activated humus soil)를 제올라이트(Zeolite)와 이탄(Peat)을 이용한 인공제조방법에 관한 것이다.
이를 위하여 본 발명은, 제올라이트와 이탄(泥炭)을 무기물/유기물의 무게비가 1∼1.25의 비율로 혼합한 다음 물을 가해서 함수율을 60% 정도로 조정하고 황산을 주입하여 pH를 1.5∼2.5정도로 조정한다.
이에 과산화수소(H2O2)와 황산제일철(FeSO4)을 주입하여 산화환원전위(ORP) 값을 +250∼+350mV로 조정하면서 90∼180℃로 가열을 하면서 교반반응을 하여 킬레이트(Chelate)성 과산화풀브산(Peroxyfulvic acid)미네랄(Minerals)착염의 형태인 활성화된 활성부식토를 제조한다.
활성부식토는 악취제거제, 퇴비화 공정의 발효부숙촉진제, 유해병원성미생물생육억제제, 부식화반응촉진제, 사료첨가제, 토양개량제, 오·폐수 및 하수처리 등에 이용분야가 다양하기 때문에 이들 여러분야에 사용될 것이다.

Description

제올라이트와 이탄을 이용한 활성부식토의 인공제조방법 {The artificial manufacturing method of activated humus soil by using zeolite and peat}
본 발명은 제올라이트(Zeolite)와 이탄(Peat)을 이용하여 풀브산(Fulvic acid) 및 금속착체가 유리(遊離)의 상태로 유도(誘導)되어 있으면서, 자체산화기능, 산화탈취의 촉매기능, 유기물을 부식물질로 전환하는 부식화반응을 촉진하는 기능, 유해병원성미생물의 생육을 억제하는 항생기능 등을 가진 활성부식토(Activated humus soil)를 인공적으포 제조하는 방법에 관한 것이다.
활성부식토가 천연적으로 출토되는 곳은 일본 시마하라(島原)반도의 운젠(雲仙)화산군의 복서쪽 기슭의 외부와 폐쇄된 가라고(唐比)의 함몰습지(陷沒濕地)에서 해양성 규조류(규藻類) 및 동·식물의 사체와 대사이드(Dacite)질의 화산회가 퇴적되어 pH가 2.3 전후의 산성 상태의 활성화된 부식토가 출토되고 있다.
이 천연 활성부식토는 악취제거, 퇴비화공정의 발효촉진제, 사료첨가제, 토양개량제, 오·폐수 및 하수처리등 다방면에 이용되고 있으나, 자연 및 습지보존 측면에서 채굴을 억제하는 움직임이 있다.
이와 같은 활성부식토는 인공제조를 위한 기술로서는 일본공개특허공보 소(昭)60-32797호, 소(昭)60-23938O호, 평(平)1-245899호 등이 있으나 활성부식토의 생성메커니쥼(Mechanisms)을 정확히 이해하지 못한 상태에서 응용된 기술로서 천연산에 비해서 활성도가 떨어져 실용화되지 못하였으며, 국내에서는 생산이 되지 않고 있어 아직까지 천연산을 일부 회사에서 독점 공급되고 있어 상당히 고가로 수입되고 있는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해서 풀브산 함량이 높은 해양성 동·식물 및 규조류가 퇴적되어 생성된 이탄(泥炭)과 제올라이트를 이용하여 천연산보다 활성도가 높은 양질의 활성부식토(活性腐植土)를 염가로 생산하여 저렴한 가격으로 보급하는 것이 본 발명의 목적이다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 반응성이 우수한 풀브산(Fulvic acid)의 농도가 높은 해양성 동·식물의 사체와 규조류가 퇴적되어 생성된 이탄과 제올라이트를 혼합한 후 물을 가해서 함수율을 60%정도로 조절한 다음 산(H2O4)을 가해서 pH를 1.5∼2.5로 조정하여 이탄중 풀브산을 유리의 상태로 유도하면서, 제올라이트는 다수의 Si-O-Al 결합을 한 비정질화수(非晶質和水)의 알루미노실리케이트(Aluminosilicate)인 알로페인(Allophane)질점토광물로 전환 된다.
알로페인질점토광물은 유리의 풀브산과 결합을 하여 킬레이트(Chelate)성 풀브산미네랄(Minerals)착염을 생성한다.
이때 활성도를 높이기 위해서 과산화수소(H2O2)와 황산제일철(FeSO4)를 가해서 산화환원전위(ORP) 값을 +250∼+350mV로 조정하면 킬레이트성 풀브산미네랄 착염은 킬레이트성 과산화풀브산(Peroxyfulvic acid)미네랄착염 형태로 변화하면서 전술한 가로고(唐比) 함몰습지의 천연 활성부식토와 같은 활성부식토가 생산된다.
이때 반응시간을 단축하면서 반응수율을 향상하기 위해서 90∼180℃ 정도로 가열 교반 반응을 한다.
본 발명에서는 가라고(唐比) 함몰습지에서 출토되는 천연산 활성부식토의 생성 메커니쥼을 검토하면 다음과 같다.
가라고(唐比) 함몰습지는 나가사키현(長崎縣) 시마하라(島原)반도에 있는 운젠(雲仙)화산군의 북서쪽 다치바나만()에 인접하여 있으며, 지금으로부터 약 6000년 이전에는 해안에 접한 작은 만으로 해양성 동·식물 및 규조류가 화산회토와 혼합되어 퇴적되었으며, 이후에는 출구가 폐쇄되어 호수가 되면서 육상식물 및 수중 늪지식물이 화산회토와 혼합되어 퇴적된 부식토의 층으로 매몰되어 있다.
출구가 폐쇄되기 전에 퇴적된 11m 이하의 해양성 부식토중에는 풀브산의 함량이 높으며, 출구가 폐쇄된 후 육상식물과 늪지식물이 퇴적된 지표면에서 11m까지 퇴적된 부식토중에는 부식산(Humic acid)의 함량이 높다.
운젠 화산군은 약 200년 주기로 4000회 이상 화산활동을 계속되고 있으며, 주로 수증기 폭발에 의한 분출을 하면서 분출물의 성분은 SiO2의 함량이 65∼70% 정도인 회백색의 대사이드(Dacite)질로 사장석(사장石), 각섬석(角閃石)과 같은 조암광물(造岩鑛物)의 성분을 다량 함유한 그라스(Glass)질로 되어있다.
대사이드질 또는 류문질의 화산회토는 활성화된 미네랄 성분이 다량 함유되어 있으며 이와 같은 미네랄 성분이 토양에서 물과 가수분해 반응에 의해서 수소이온(H+)을 방출하면서 산성토양(Acid soil)으로 된다.
............................. ①
Al3++ 3H2O --→ Al(OH)3+ 3H+.................................. ②
산성으로 되면서 화산회토는 규산과 알루미늄수산화물이 불규칙한 배열을 한 비정질화수의 점토(Non-crystalline clay)질인 알로페인(Allophane)질 점토로 변화하였다.
알로페인질 점토는 양이온 및 음이온을 교환하는 능력을 가지고 있기 때문에 인산, 부식산, 암모니아와 같은 물질에 대해서 강한 흡수력을 가지고 있다.
또한, 대사이드질 또는 류문암질의 화산회토가 알로페인질 점토로 변화하면서 산성화되어 부식물질중 풀브산(Fulvic acid)은 유리의 상태로 유도되었으며, 유리의 상태로 유도된 풀브산은 알로페인질 점토중 활성화된 미네랄과 반응하여 풀브산 미네랄착염형태인 산성부식토(Humus soil)를 생성하게 되었다.
유리 풀브산(Free fulvic acid) + 활성미네랄(Activated minerals)
--→ 풀브산미네랄착염 ..................................... ③
풀브산미네랄착염은 유기물질이 폴리페놀(Polyphenol) 대사산물을 배설하는부식화미생물이 배설한 폴리페놀화합물이 공기중에서 퀴논(Quinone)로 산화 할때 생성된 과산화수소와 반응하여 킬레이트성 과산화풀브산미네랄착염으로 되었다.
유기물폴리페놀대사산물 + CO2+ H20 + 에너지 .... ④
폴리페놀화합물 + 공기(O2)폴리퀴논(Quinone)화합물 + H2O2
폴리페놀화합물 + 미분해유기물(Tanin, Cellulose, Lignin등)부식전구물질 --→부식물질 ................................. ⑥
부식물질 + 활성미네랄 --→ 부식토 ................................. ⑦
풀브산미네랄착염 + H2O2--→ 과산화풀브산미네랄착염 ................ ⑧
과산화풀브산미네랄착염 + 효소 ---→ 산화효소 ...................... ⑨
가라고(唐比)의 함몰습지(陷沒濕地)와 같이 외부와 패쇄되어 부식물질중에서 과산화풀브산미네랄착염, 산화효소와 같은 활성물질을 우수등에 유망(Wash-out)되지 않고 지열과 태양열에 의해서 증발 농축되어 활성화된 물질을 다량 함유한 부식물질을 활성부식물질(Activated humic substances) 또는 활성부식토(Activated humus soil)라 한다.
활성부식토는 다음과 같은 특성을 가지고 있다.
① 동·식물 및 토양미생물의 생육에 필요한 미네랄공급 능력이 우수하기 때문에 동·식물 및 토양미생물의 생육을 활발하게 한다.
② 자체산화 기능을 가지고 있으며, 악취물질을 산화탈취 반응에서 촉매적인역할을 한다.
③ 유기물질을 부식물질로 부식화하는데 촉매적인 역할을 하기 때문에 부식화반응을 촉진시킨다.
④ 폴리페놀성화합물을 대사산물로 배설하는 부식화미생물 및 이들 미생물과 상호공생관계에 있는 미생물인 방선균, 발효미생물과 같은 유용미생물의 생육을 활발하게 하며, 반면에 상호길항관계에 있는 병원성미생물, 부패 및 변패성미생물의 생육을 억제하기 때문에 환경시스템(System)의 정균작용을 한다.
⑤ 양이온교환능력(Cation exchange capacity)과 음이온교환능력(Anion exchange capacity)이 있어 유기산, 인산과 같은 음이온성 물질과 결합능력이 있으면서, 반면에 악취발생물질인 암모니아이온(NH4+), 휘발성아민이나 중금속과 같은 양이온성 물질과도 결합능력이 있다.
이상에서 전술한 킬레이트성과산화풀브산미네랄착염과 산화효소 등이 다량 함유된 활성부식토를 인공적으로 제조하는 방법은 다음과 같다.
① 해양성 이탄과 제올라이트를 무기물/유기물의 무게비가 1∼1.25 정도의 비율로 혼합한다.
② ①에 물을 가해서 함수율이 60∼80%로 조정한다음 황산을 가해서 pH를 1.5∼2.5로 조정한다.
③ ②에 과산화수소(H2O2)와 황산제일철(FeSO4)를 당량대 당량으로 공급하여 산화환원전위(ORP) 값이 +250∼+350mV 범위로 조정하면서, 90∼180℃ 가열하는 상태에서 2시간이상 교반 반응을 한다.
④ ③의 가열교반 반응이 완료되면 2개월 이상 방치하여 숙성시킨다.
이탄과 제올라이트를 혼합한 후 함수율을 60% 정도로 조정한 다음 황산을 가해서 pH를 1.5∼2.5의 산성상태에서 가온 가열을 하면 다음과 같은 반응이 일어난다.
이탄유리 풀브산 + 기타부식물질 ....................... ⑩
제올라이트화수의비정질 알루미노실리케이트인알로페인질 점토 . ⑪
유리풀브산 + 알로페인질점토 --→ 풀브산미네랄착염 ................. ⑫
그리고, 과산화수소(H2O2)와 황산제일철을 가해서 산화환원전위(ORP) 값을 +250∼+350mV로 조정하면 킬레이트성 과산화풀브산미네랄착염이 생성된다.
풀브산미네랄착염 + H2O2 과산화풀브산미네랄착염 .......... ⑬
이를 2개월 이상 숙성하면 산화효소 등이 생성된다.
과산화풀브산미네랄착염 + 효소 --→ 산화효소 ...................... ⑭
전술한 내용에서 자명하듯이 본 발명의 활성부식토는 폐수처리정화제, 악취제거, 사료첨가제, 토양개량제, 퇴비화공정의 발효촉진제등 다방면에 사용하였을 때 효과가 매우 뛰어나기 때문에 이들 분야에 널리 이용될 것으로 기대한다.

Claims (1)

  1. 이탄(Peat)과 제올라이트(Zeolite)를 무기물/유기물의 무게비가 1∼1.25정도의 비율로 혼합한 후 물을 가해서 함수율을 60∼80%로 조정하고, 이에 황산(H2SO4)을 가해서 pH를 1.5∼2.5로 조정한 후 과산화수소(H2O2)와 황산제일철(FeSO4)을 당량 대 당량으로 가해서 산화환원전위(ORP) 값을 +250∼+350mV로 조정하면서, 90∼180℃로 가열하여 2시간 이상 교반 반응후 상온에서 2개월이상 숙성하여 킬레이트(Chelate)성 과산화풀브산(Peroxyfulvic acid)미네랄(Minerlas)착염과 산화효소(Oxidase)와 같은 물질이 다량 함유된 활성부식토(Activated humus soil)를 제조하는 방법.
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