KR20180031395A - 해조류 바이오매스를 이용한 활성 바이오차의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 해조류 바이오매스를 이용한 활성 바이오차의 제조 방법으로, 상기 제조 방법으로 제조된 바이오차는 버섯폐배지가 높은 함량으로 재활용되어 사용될 수 있으면서 해조류 바이오매스가 소량 사용됨에도 양이온 흡착 특성이 매우 우수한 효과가 있다.

Description

해조류 바이오매스를 이용한 활성 바이오차의 제조 방법{Manufacture method of activated biochar using seaweed biomass}

본 발명은 해조류 바이오매스를 이용한 활성 바이오차의 제조 방법에 관한 것으로, 구체적으로는 버섯폐배지가 다량 재활용 가능한 활성 바이오차의 제조 방법에 관한 것이다.

바이오차(Biochar)는 바이오매스(Biomass)를 무산소 또는 저산소 환경에서 약 200~1,000℃ 정도 범위의 고온에서 열분해하여 얻어진 고형물을 의미하며, 예컨대 숯으로도 잘 알려져 있는 물질이다.

한편, 활성탄은 열분해 이후에 스팀을 사용하는 고온 활성화 과정을 더 거쳐 제조되며, 상기 단계에 의해 높은 기공도 및 넓은 표면적이 형성되어 소수성 유기물에 대한 흡착 성능이 우수한 장점이 있다. 그러나 이러한 고온 활성화 과정은 많은 에너지와 비용이 요구되는 단점이 있으며, 또한 카르복실기, 하이드록실기, 아미노기 등의 많은 화학 기능성 그룹이 고온에 의해 대부분 제거되어 표면이 매우 높은 소수성을 갖게 된다. 결과적으로 표면 활성을 위한 필수적인 고온 활성화 과정을 거친 활성탄은 벤젠, 나프탈렌과 같은 소수성이 매우 높은 유기물의 제거에 탁월한 성능을 보이지만, 이온성 유기물에 대해서는 흡착 특성이 떨어지는 단점이 있다.

이에 반해, 상기 고온 활성화 과정을 거치지 않는 바이오차는 기능성 그룹이 제거되지 않으므로, 이온성 유기물에 대한 흡착 특성이 높은 장점이 있으나, 고온 활성과 과정을 더 거친 활성탄보다 상대적으로 표면적이 낮아 전반적인 흡착 특성이 떨어지는 한계가 존재한다.

바이오차 제조의 원료가 되는 바이오매스로는 크게 나무, 톱밥 등을 포함하는 육상 바이오매스와 해조류 등을 포함하는 해양 바이오매스로 구분할 수 있다.

한편, 버섯배지는 버섯을 재배하기 위해 사용되는 영양분을 포함하는 고형배지로서, 미강, 톱밥 등을 포함하여 구성된다. 이러한 버섯 배지에 버섯 포자를 함께 배양한 후 온도와 습도가 제어되는 버섯 재배 시설에서 버섯을 재배하고 수확하며, 이를 3~4 번 반복하면 영양분이 소모되어 버섯배지는 더 이상 사용될 수 없으므로 폐기된다. 이를 버섯폐배지라 하며, 버섯폐배지는 40~60% 정도의 물을 함유하고 있고, 노상에 방치될 경우 곰팡이가 생겨 문제를 유발한다. 따라서 버섯폐배지는 대부분 폐기처분 되고 있으며 그 양도 상당히 높은 수준이다.

이러한 버섯폐배지는 바이오차의 제조에 사용되더라도, 바이오차의 흡착 능특성, 특히 양이온 흡착 특성이 현저히 떨어지는 한계가 있어, 실질적으로 바이오차 제조 원료로서의 활용이 어려운 문제가 있다.

따라서 대부분 폐기되고 그 양이 상당한 수준인 버섯폐배지를 재활용할 수 있으면서도, 이로 제조된 바이오차의 흡착 특성을 현저히 향상시킬 수 있는 바이오차의 제조 방법, 즉, 버섯폐배지를 이용한 바이오차의 흡착능 활성화 방법에 대한 연구가 필요하다.

한국등록특허 KR1399129B1 (2014.05.19)

본 발명의 목적은 버섯폐배지를 재활용함에도 흡착 특성, 특히 양이온 흡착 특성이 현저히 향상된 활성 바이오차의 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 양이온 흡착 활성 바이오차의 제조 방법은 a) 해조류 건조물, 해조류 추출액 또는 이들의 혼합물을 포함하는 해조류 유래 바이오매스 및 버섯배지 유래 바이오매스를 혼합하는 단계 및 b) 상기 혼합된 혼합물을 열분해하여 활성 바이오차를 제조하는 단계를 포함한다.

바람직한 일 예에 있어서, 상기 제조 방법에서 총 사용된 버섯배지 및 총 사용된 해조류의 건조된 상태에서의 중량비는 크게 제한되지 않으나, 좋게는 100:5~100일 수 있다.

바람직한 일 예에 있어서, 상기 해조류 유래 바이오매스는 해조류 추출액일 수 있다.

본 발명의 일 예에 있어서, 상기 해조류 추출액은 해조류 1 중량부에 대하여 추출용매 1~20 중량부로 추출된 것일 수 있으나, 이에 본 발명이 제한되지 않는다.

본 발명의 일 예에 있어서, 상기 해조류 추출액은 10~60℃로 0.5~10 시간 동안 추출된 것일 수 있으나, 이에 본 발명이 제한되지 않는다.

바람직한 일 예에 있어서, 상기 a) 단계의 해조류 유래 바이오매스 및 버섯배지 유래 바이오매스는 독립적으로 건조되지 않은 상태의 바이오매스일 수 있으나, 이에 본 발명이 제한되지 않는다.

본 발명의 일 예에 있어서, 상기 b) 단계의 열분해 온도는 열분해될 수 있을 정도라면 제한되지 않으며, 예컨대 400~600℃일 수 있다.

따라서 본 발명은 상기 제조 방법으로 제조된 양이온 흡착 활성 바이오차를 제공할 수 있다.

본 발명의 제조 방법으로 제조된 바이오차는 버섯폐배지가 높은 함량으로 재활용되어 사용될 수 있으면서 해조류 유래 바이오매스가 소량 사용됨에도 양이온 흡착 특성이 매우 향상되는 효과가 있다.

여기에 명시적으로 언급되지 않은 효과라 하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 이하의 명세서에서 기재된 효과 및 그 잠정적인 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급됨을 첨언한다.

도 1은 본 발명의 해조류 바이오매스를 이용한 활성 바이오차의 제조 방법을 모식화하여 도시한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 실시예 및 비교예에 따라 제조된 바이오차의 수율은 비교 도시한 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실시예 및 비교예에 따라 제조된 바이오차의 휘발성 물질, 회분, 고정탄소 등의 함량을 비교하여 나타낸 그래프이다.
도 4는 유도결합플라즈마 분석법(Inductively coupled plasma, ICP)을 이용하여 본 발명의 실시예 및 비교예에 따라 제조된 바이오차의 K, Na 및 Mg의 함량을 비교하여 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시예 및 비교예에 따라 제조된 바이오차의 음이온 염료 및 양이온 염료에 대한 흡착 특성을 비교하여 나타낸 그래프이다.

이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 해조류 바이오매스를 이용한 활성 바이오차의 제조 방법을 상세히 설명한다.

본 발명에 기재되어 있는 도면은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서 본 발명은 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있으며, 상기 도면들은 본 발명의 사상을 명확히 하기 위해 과장되어 도시될 수 있다.

또한 본 발명에서 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.

또한 본 발명에서 특별한 언급 없이 불분명하게 사용된 %의 단위는 중량%를 의미한다.

해조류 유래 바이오매스는 육상 바이오매스에 비해 회분 함량이 매우 높음에 따라 무기물의 산화물 농도가 높다. 따라서 해조류 유래 바이오매스로 제조된 바이오차는 이온성 유기물에 대한 흡착 특성이 우수한 것으로 알려져 있으나, 실질적으로 상업화에 적용이 어려운 한계가 있다.

구체적으로, 해조류 유래 바이오매스는 육상 바이오매스에 비하여 수요가 높지 않고 공급량이 적으며 상대적으로 비용도 현저히 높은 단점이 있다. 이에 따라 실질적으로 해조류 유래 바이오매스를 이용하여 바이오차를 상업적으로 널리 이용하는 데에는 한계가 있다. 반면, 육상 바이오매스는 공급량이 높고 비용도 저렴한 장점이 있으나, 무기물의 산화물 농도가 낮아 이온성 유기물에 대한 흡착 특성이 현저히 떨어지는 단점이 있다.

따라서 본 발명자는 비용이 매우 저렴한 농업 폐부산물인 버섯폐배지 유래 바이오매스를 바이오차의 주성분으로 재활용하는 방법에 관하여 연구하였다. 특히 본 발명자는 버섯폐배지가 주성분으로 사용되고 해조류 유래 바이오매스가 소량 사용됨에도 특정 제조 공정을 도입함으로써 해조류 유래 바이오매스가 100% 사용된 바이오차의 양이온 흡착 특성의 95%에 육박하는 우수한 양이온 흡착 특성을 가지는 바이오차를 제조할 수 있음을 발견하였다.

본 발명의 양이온 흡착 활성 바이오차의 제조 방법은 a) 해조류 건조물, 해조류 추출액 또는 이들의 혼합물을 포함하는 해조류 유래 바이오매스 및 버섯배지 유래 바이오매스를 혼합하는 단계 및 b) 상기 혼합된 혼합물을 열분해하여 활성 바이오차를 제조하는 단계를 포함한다.

상기 해조류 유래 바이오매스는 해조류 건조물, 해조류 추출액 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다. 상기 해조류는 일반적으로 통용되는 바다에 서식하는 식물을 의미할 수 있다. 해조류의 종류는 크게 제한되지 않으며, 예컨대 다시마, 미역, 톳, 실말 등의 갈조식물; 우뭇가사리 등의 홍조류; 및 파래 등의 녹조류; 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함할 수 있다.

상기 버섯배지 유래 바이오매스는 버섯배지 및 버섯폐배지 등에서 선택되늰 어느 하나 이상을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 비용적인 측면에서 버섯폐배지가 좋다. 상기 버섯폐배지는 버섯 재배에 한 번 이상 사용되어 영양분 함량이 낮은 버섯배지 또는 다양한 환경변수로 인하여 버섯 재배에 실질적으로 사용이 어려운 버섯배지를 의미할 수 있다. 본 발명의 바이오차는 주원료로 버섯폐배지가 사용됨으로서 비용적인 측면에서 유리할 뿐만 아니라, 폐기되는 버섯폐배지를 재활용할 수 있는 측면에서 다른 육상 바이오매스가 사용되는 경우에 비해 상대적으로 경제적이고 친환경적일 수 있다. 상기 버섯배지 또는 버섯폐배지는 버섯의 성장에 유용한 영양분을 포함할 수 있으며, 분쇄된 육상 식물, 예컨대 톱밥 등이 주성분일 수 있다. 상기 톱밥의 원료가 되는 육상 식물은 버섯배지에 사용될 수 있는 것이라면 크게 제한되지 않으며, 소나무, 대나무, 야자나무, 참나무, 측백나무, 편백나무 또는 향나무 등의 다양한 나무가 예시될 수 있다.

바람직한 일 예에 있어서, 양이온 흡착 활성 바이오차의 제조 방법에서 총 사용된 버섯배지 및 총 사용된 해조류의 중량비, 구체적으로 건조된 상태에서의 상기 중량비는 예컨대 100:5~100, 바람직하게는 100:5~80, 보다 바람직하게는 100:5~50일 수 있다. 상기 중량비가 100:100(or 80 or 50)을 초과할 경우, 사용된 해조류 양 증가에 의한 양이온 흡착 특성의 증가가 미미하여, 경제적 측면 및 버섯배지의 재활용 측면에서 불리할 수 있다. 또한 상기 중량비가 100:5 미만일 경우, 양이온 흡착 특성이 효과적으로 나타나지 않을 수 있다. 상기 “ 총 사용된 버섯배지 및 총 사용된 해조류의 건조된 상태에서의 중량비”라 함은 상기 제조 방법에서 바이오차의 제조에 사용된 각각의 바이오매스의 건조된 상태에서의 총 함량을 의미한다.

본 명세서에서 “건조된 상태”라 함은 수분을 포함하지 않거나, 실질적으로 수분을 포함하지 않는 상태를 의미하며, 예컨대 해당 물질 전체 중량에 대하여 5% 이하의 수분을 함유하는 상태를 의미할 수 있다.

본 발명의 일 예에 따른 제조 방법은 상기 a) 단계 이전에 버섯배지 유래 바이오매스 및/또는 해조류 유래 바이오매스를 제1건조하는 단계를 더 포함하여, 상기 a) 단계의 버섯배지 유래 바이오매스 및/또는 해조류 유래 바이오매스는 건조된 상태의 것일 수 있으나, 바람직하게는 상기 제1건조하는 단계를 거치지 않고 건조되지 않은 상태의 것일 수 있다.

즉, 바람직한 일 예에 있어서, 상기 a) 단계의 버섯배지 유래 바이오매스 및/또는 해조류 유래 바이오매스는 건조되지 않은 상태일 수 있다. 상기 “건조되지 않은 상태”라 함은 채취된 해조류 또는 수득된 버섯폐배지를 건조하지 않은 수분을 함유한 상태의 것을 의미할 수 있으며, 구체적으로, 바이오매스 전체 중량에 대하여 10~90 중량%의 수분을 함유한 상태의 것을 의미할 수 있다. 이를 만족할 경우, 열분해 시 해조류 내에 존재하는 수분이 증발하면서 수분 내의 무기물 등의 유효성분도 원활하게 추출되면서 이로 인해 인접하는 버섯폐배지 유래 바이오매스의 활성화가 촉진될 수 있다.

매우 바람직한 일 예에 있어서, 상기 해조류 유래 바이오매스는 해조류 추출액일 수 있다. 상기 해조류 유래 바이오매스가 해조류 추출액일 경우, 제조된 바이오차는 양이온 흡착 특성이 50% 이상 현저히 증가할 수 있다. 구체적인 일 예로, 해조류 추출액인 해조류 유래 바이오매스가 버섯배지 유래 바이오매스의 약 20 중량%로 소량 사용된 경우의 양이온 흡착 특성은 해조류 유래 바이오매스가 100 중량%로 사용된 경우의 양이온 흡착 특성의 95%에 육박하는 현저한 효과가 나타날 수 있다.

본 발명의 일 예에 따른 제조 방법은 상기 a) 단계 이전에 해조류를 추출용매로 추출하여 해조류 추출액을 수득하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 상기 해조류 유래 바이오매스는 해조류 추출액일 수 있다. 상기 추출용매는 해조류로부터 양이온 흡착 특성 등의 효과가 구현될 수 있을 정도로 유효성분이 추출될 수 있을 정도라면 다양한 용매가 사용될 수 있으며, 바람직하게는 물, 알코올 등의 수계 추출용매일 수 있다. 또한 해조류와 추출용매의 혼합비는 상기 유효성분이 추출될 수 있을 정도라면 무방하며, 예컨대 해조류 1 중량부에 대하여 추출용매 1~20 중량부인 것일 수 있다. 또한 해조류 추출 조건은 상기 유효성분이 추출될 수 있을 정도라면 무방하며, 예컨대 10~60℃로 0.5~10 시간 동안 추출되는 것일 수 있다. 이렇게 추출된 고형물을 함유하는 해조류 추출액은, 여과하여 고형물이 분리 및 제거된 해조류 추출액일 수 있다.

본 발명의 일 예에 있어서, 상기 b) 단계는 해조류 추출액과 버섯배지 유래 바이오매스가 혼합된 후 및 열처리 진행 이전에 제2건조하는 단계를 더 포함할 수 있다. 건조온도 및 건조시간은 크게 제한되지 않으며, 수분이 제거될 수 있을 정도면 무방하다. 그러나 상기 제2건조하는 단계에서 수분이 완전히 제거될 필요는 없으며, 바람직하게는 상기 제2건조하는 단계를 거치지 않을 수 있다.

바람직한 일 예에 있어서, 상기 제2건조하는 단계 없이, 해조류 추출액과 상기 버섯배지 유래 바이오매스가 혼합된 상태에서 열분해가 진행되는 것일 수 있다. 해조류 추출액과 버섯배지 유래 바이오매스가 혼합되어 수분이 존재하는 상태에서 수분의 증발과 함꼐 동시에 열분해될 경우, 제조되는 바이오차의 양이온 흡착 특성이 보다 향상될 수 있다.

본 발명의 일 예에 있어서, 상기 b) 단계의 열분해는 혼합된 바이오매스가 열분해될 수 있을 정도라면 무방하다. 구체적인 일 예로, 열분해 온도는 예컨대 200~800℃, 구체적으로 400~600℃일 수 있으며, 열분해 시간은 예컨대 0.1~6 시간일 수 있다. 이때 열분해는 비산소 분위기에서 진행되는 것이 산화물의 생성을 방지하거나 바이오차 수율을 증가시킬 수 있어 바람직하다.

상기 b) 단계에서 혼합된 바이오매스가 열분해되어 생성되는 생성물은 바이오차, 바이오오일 및 바이오가스를 포함할 수 있다. 따라서 상기 b) 단계는 생성물로부터 바이오차를 분리하여 수득하는 단계를 더 포함할 수 있다. 바이오오일 및 바이오가스는 각각 액체 및 기체이므로, 고체인 바이오차를 쉽게 분리할 수 있으므로 이의 분리 방법은 크게 제한되지 않는다.

본 발명의 일 예에 있어서, 상기 b) 단계는 열처리 후 냉각하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 냉각은 자연건조, 인위적 냉각 등 다양한 방법이 사용될 수 있다.

본 발명의 일 예에 따른 제조 방법은 상기 a) 단계 이전에 바이오매스를 분쇄하는 단계를 더 포함할 수 있다. 분쇄크기는 당업자가 적절히 선택하여 조절할 수 있으므로 제한되지 않으며, 그 예를 들면 0.01~3 cm일 수 있다.

이하 본 발명을 실시예를 통해 상세히 설명하나, 이들은 본 발명을 보다 상세하게 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 권리범위가 하기의 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

[측정 방법]

1. 수율

후술하는 실시예 및 비교예들에 대하여, 수득된 바이오차, 바이오오일 및 바이오가스의 성분비를 측정하였으며, 이의 결과는 도 2에 도시되어 있다.

2. 성분 함량

후술하는 실시예 및 비교예들에 대하여, ASTM D1762-84의 Chemical Analysis of Wood Charcoal 방법을 통한 공업분석법(proximate analysis)을 이용하여 고정탄소(Fixed carbon), 휘발성 물질(Volatiles), 회분(Ash)의 함량을 측정하였으며, 이의 결과는 도 3에 도시되어 있다.

또한 유도결합플라즈마 분석법(Inductively coupled plasma, ICP)으로 ICP-OES 분석장치(Perkin Elmer 5300DV, USA)를 사용하여 K, Na, Mg 등의 무기물 함량을 측정하였으며, 이의 결과는 도 4에 도시되어 있다.

3. 양이온 염료의 흡착 특성

후술하는 실시예 및 비교예들에 대하여, 음이온성 염료인 콩고 레드와 양이온성 염료인 크리스탈 바이올렛에 대한 흡착 특성을 평가하였다. 구체적으로, 300~710 ㎛ 범위로 분쇄한 상기 바이오차 10 mg과 1,000 mg/ℓ의 농도의 염료 수용액 10 ㎖을 혼합하고 이를 진탕 배양기에 넣은 후 30℃에서 24 시간 동안 150 rpm으로 교반하여 염료를 바이오차에 흡착시켰다. 흡착이 종료된 후 시료를 원심분리 장치에 넣고 30 분 동안 3,200 rpm으로 원심분리한 후 상등액을 수득하여, 각 염료에 적절한 파장에서 흡광도를 측정하여 농도로 환산하였다. 이의 결과는 도 5에 도시되어 있다.

소나무 유래의 버섯폐배지를 105℃에서 24 시간 동안 건조하고 적절한 크기로 분쇄하여 건조 버섯폐배지를 준비하였으며, 다시마를 증류수로 세척한 후 105℃에서 24 시간 동안 건조하고 적절한 크기로 분쇄하여 건조 다시마를 준비하였다.

상기 건조 버섯폐배지와, 건조 버섯폐배지 80 중량부에 대하여 상기 건조 다시마 20 중량부를 혼합하여 반응기에 투입하였다. 상기 반응기를 비산소 분위기에서 10℃/min의 속도로 500℃까지 승온시킨 후 30 분 동안 500℃로 유지하여 열분해를 수행하였다. 그리고 상기 반응기를 다시 상온으로 자연 냉각시켜, 바이오차를 수득하였다.

상기 바이오차에 대하여, 바이오차의 수율, 성분 함량, 양이온 염료의 흡착 특성을 상기 측정 방법으로 측정하였으며, 이의 결과를 도 2 내지 도 5에 도시하였다.

실시예 1에서 준비된 건조 다시마 4 g과 증류수 32 ㎖를 잔탕 교반기에 투입하고, 30℃에서 2 시간 30 분 동안 200 rpm으로 추출하였다. 이후, 여과 과정을 통해, 다시마 고형물과 다시마 추출액을 분리하여 다시마 추출액을 수득하였다.

상기 다시마 추출액 15 ㎖, 실시예 1에서 준비된 건조 버섯폐배지 16 g 및 증류수 33 ㎖를 혼합하여 반응기에 투입하였다. 이어서 상기 반응기를 1 시간 동안 상온에서 방치한 후, 105℃에서 24 시간 동안 건조하였다. 그리고 상기 반응기를 비산소 분위기에서 10℃/min의 속도로 500℃까지 승온시킨 후 30 분 동안 500℃로 유지하여 열분해를 수행하였다. 그리고 상기 반응기를 다시 상온으로 자연 냉각시켜, 바이오차를 수득하였다.

또한 상기 수득된 바이오차에 대하여 실시예 1과 동일한 방법으로 각 항목을 측정하였다.

상기 실시예 1에서 열분해 시 사용된 건조 다시마 대신 건조되지 않은 비건조 다시마(다시마 전체 중량에 대하여 수분 85 중량% 함유)를 사용한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일하게 수행하였다.

또한 상기 수득된 바이오차에 대하여 실시예 1과 동일한 방법으로 양이온 염료의 흡착 특성을 측정하였다.

[비교예 1]

실시예 1에서 건조 버섯폐배지와 건조 다시마를 혼합한 것 대신, 건조 버섯폐배지를 사용하지 않고 건조 다시마를 열분해하여 바이오차를 수득한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일하게 수행하였다.

또한 상기 수득된 바이오차에 대하여 실시예 1과 동일한 방법으로 각 항목을 측정하였다.

[비교예 2]

실시예 1에서 건조 버섯폐배지와 건조 다시마를 혼합한 것 대신, 건조 다시마를 사용하지 않고 건조 버섯폐배지를 열분해 하여 바이오차를 수득한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일하게 수행하였다.

또한 상기 수득된 바이오차에 대하여 실시예 1과 동일한 방법으로 각 항목을 측정하였다.

도 2는 본 발명의 실시예 및 비교예에 따라 제조된 바이오차, 바이오오일 및 바이오가스의 수율을 비교 도시한 그래프이다.

바이오차의 수율에 있어서, 실시예 1 및 실시예 2에 따른 바이오차의 수율은 각각 약 30% 및 약 33%로, 실시예 2의 경우가 실시예 1보다 약 3% 더 높았다. 또한 실시예 1 및 실시예 2는 비교예 1 및 비교예 2와 비교하여 수율이 30~38% 범위 내로 비슷하였다.

도 3은 본 발명의 실시예 및 비교예에 따라 제조된 바이오차의 휘발성 물질, 회분, 고정탄소 등의 함량을 비교하여 나타낸 그래프이다. 회분함량에 있어서, 비교예 1 및 비교예 2의 경우는 각각 약 65% 및 약 16%였다. 또한 실시예 1 및 실시예 2의 경우는 약 25%로 비슷하였으며, 이는 실시예 2의 다시마 추출 과정에서 회분이 소실되지 않고 수용액 상으로 대부분 추출된 것에 기인한 것으로 판단된다.

도 4는 유도결합플라즈마 분석법(Inductively coupled plasma, ICP)을 이용하여 본 발명의 실시예 및 비교예에 따라 제조된 바이오차의 K, Na 및 Mg의 함량을 비교하여 나타낸 그래프이다. 비교예 1의 경우, K, Na, Mg 등의 무기물을 다량 함유하였으며, K의 함량이 가장 높은 반면, 비교예 2의 경우, K, Na, Mg 등의 무기물을 거의 함유하지 않았다. 또한 실시예 1의 경우, 무기물을 거의 함유하지 않는 비교예 2와 비교하여 K의 무기물의 함량이 약 2,500 mg/kg으로 매우 높았으며, 특히 실시예 2의 경우는 약 3,400 mg/kg으로 비교예 2보다 약 1.35 배 더 높았다.

도 5는 본 발명의 실시예 및 비교예에 따라 제조된 바이오차의 음이온 염료(콩고 레드) 및 양이온 염료(크리스탈 바이올렛)에 대한 흡착 특성을 비교하여 나타낸 그래프이다.

비교예 1의 경우, 양이온성 염료에 대한 흡착 특성이 약 950 mg/g으로 매우 높은 반면, 비교예 2의 경우 약 50 mg/g 미만으로 매우 낮았다. 따라서 양이온성 염료에 대한 흡착 특성은 해조류 바이오매스에 기인한 것임을 알 수 있다. 또한 실시예 및 비교예들 모두 음이온성 염료보다는 양이온성 염료에 대한 흡착 특성이 매우 우수하였는데, 이는 바이오차의 표면에 존재하는 카르복실기나 하이드록실기가 음이온 보다는 양이온에 대한 흡착 경향이 크기 때문이다. 또한 다시마에 의해 많은 무기물을 함유하고 있어, 이의 산화물 등으로 인해 양이온성 염료의 흡착에 더 우수한 것에 기인하는 것으로 판단된다.

특히 실시예 1의 경우, 양이온성 염료에 대한 흡착 특성이 약 580 mg/g으로 비교예 1의 약 절반 수준을 나타냈다. 그러나 실시예 2의 경우, 양이온성 염료에 대한 흡착 특성이 약 900 mg/g으로 비교예 1의 약 95%에 육박하여, 다시마가 100% 사용된 비교예 1과 실질적으로 큰 차이가 없음을 알 수 있다.

이러한 결과는, 다시마가 버섯폐배지 대비 20%로 소량 사용되었음에도 추출액으로 사용하는 구성의 결합에 의해, 다시마가 100% 사용된 경우와 비교하여 양이온 흡착 특성이 약 5% 정도 밖에 차이나지 않는 매우 현저한 효과가 구현됨을 의미한다. 특히 실시예 2는 실제 총 사용된 다시마의 함량이 전체 바이오매스 중 약 11%(다시마 4 g에서 추출된 추출액이 약 절반 사용되었으므로)임을 감안하면 다시마가 100% 사용된 경우와 비교하여 양이온 흡착 특성의 차이가 5% 미만으로서 더욱 작아질 것으로 예상되어, 양이온 흡착 특성이 오차를 고려하여 동일한 것으로 판단된다.

또한 비건조 다시마를 사용한 실시예 3의 경우, 양이온 흡착 특성이 625 mg/g임에 따라, 건조 다시마를 사용한 실시예 1의 경우의 580 mg/g보다 더욱 향상됨을 확인하였다

Claims (8)

1. a) 해조류 건조물, 해조류 추출액 또는 이들의 혼합물을 포함하는 해조류 유래 바이오매스 및 버섯배지 유래 바이오매스를 혼합하는 단계 및
   b) 상기 혼합된 혼합물을 열분해하여 활성 바이오차를 제조하는 단계를 포함하는 양이온 흡착 활성 바이오차의 제조 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제조 방법에서 총 사용된 버섯배지 및 총 사용된 해조류의 건조된 상태에서의 중량비는 100:5~100인 양이온 흡착 활성 바이오차의 제조 방법.
3. 제2항에 있어서,
   상기 해조류 유래 바이오매스는 해조류 추출액인 양이온 흡착 활성 바이오차의 제조 방법.
4. 제3항에 있어서,
   상기 해조류 추출액은 해조류 1 중량부에 대하여 추출용매 1~20 중량부로 추출된 것인 양이온 흡착 활성 바이오차의 제조 방법.
5. 제3항에 있어서,
   상기 해조류 추출액은 10~60℃로 0.5~10 시간 동안 추출된 것인 양이온 흡착 활성 바이오차의 제조 방법.
6. 제3항에 있어서,
   상기 a) 단계의 해조류 유래 바이오매스 및 버섯배지 유래 바이오매스는 독립적으로 건조되지 않은 상태의 바이오매스인 양이온 흡착 활성 바이오차의 제조 방법.
7. 제1항에 있어서,
   상기 b) 단계의 열분해 온도는 400~600℃인 양이온 흡착 활성 바이오차의 제조 방법.
8. 제1항 내지 제7항에서 선택되는 어느 한 항의 양이온 흡착 활성 바이오차의 제조 방법으로 제조되는 양이온 흡착 활성 바이오차.

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