KR20210057391A - 초음파 장비를 이용한 패각 류의 처리방법 - Google Patents
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Abstract
패각을 분쇄하는 단계; 분쇄된 패각을 유기산을 포함하는 용액에 혼합하고, 주파수 1 kHz 내지 200 kHz인 초음파를 조사하여 패각을 용해시키는 단계; 및 패각이 용해된 용액에 염기성 물질을 첨가하여 바닷물의 pH에 맞게 중화시키는 단계;를 포함하는 패각 폐기처리방법이 개시된다.
Description
초음파 장비를 이용한 패각 류의 처리방법에 관한 것이다.
우리나라의 굴 양식은 주로 남해를 중심으로 이루어지고 있으며 매년 굴 양식은 증가하고 있는 추세이다. 그러나 이에 따른 굴 패각의 처리에 상당한 문제를 안고 있다. 굴 패각의 경우 생분해성 물질이 아니므로 물에 녹지 않고 변형이 되지 않은 채로 남겨지게 되고 껍질의 크기 및 부피가 크기 때문에 매년 해안가에 방치되고 그 양은 계속 늘어가고 있다. 이를 해결하기 위해 패각을 매립제로 활용하거나 건설용 자재 및 비료로 활용하여 패각을 처리하기 위한 시도는 일어나지만 이루만 처리되고 있고 각각의 문제점과 수요 부족으로 인해 더욱 근본적인 해결책이 필요하다.
굴 패각은 일반적으로 칼슘(35 ~ 40%), 탄소(20 ~ 25%) 및 산소(35 ~ 40%) 등으로 구성된 탄산칼슘(CaCO3)으로 구성되어 있다. 칼슘은 각종 생명체의 구성과 활동에 필수적인 미네랄 성분 중 하나이다. 동물의 경우 뼈와 혈액의 조성 및 생성에 필요한 성분일 뿐만 아니라 심장이나 뇌의 정보전달의 기능을 담당한다. 식물에 있어서 칼슘은 분열 조직의 생장 및 뿌리 발육에 중요한 요소이다. 칼슘은 동식물의 생명체 활성 유지에 중요한 역할을 하는 요소로서, 바다 생물에게는 없어서는 안될 중요한 요소이다.
패각의 폐기처리를 위해서 분쇄 및 매립을 시도하기도 하지만 매립지의 한계와 관리 비용이 많이 들고, 패각의 표면에 붙어 있는 유기물질들이 시간이 지남에 따라 부패하여 악취 뿐만 아니라 토양 및 수질오염의 원인이 되고 있다.
패각을 용해시키기 위해서는 예를 들어, 대한민국 등록특허 제10-0680326호에 패각을 용해시키는 방법이 개시되어 있으며, 구체적으로는 패각에 염산 같은 강산을 첨가하여 숙성시킴으로써 패각을 용해하는 방법을 개시하고 있다. 그러나 강산을 사용한다는 점과 장시간 숙성해야 하는 문제점을 가지고 있다.]
또한, 대한민국 공개특허 제10-2009-0013244에는 패각을 용해시키는 또 다른 방법인 초산 및 젖산의 혼합 유기산 용액을 사용하여 42시간 이상의 시간 동안 숙성시키는 방법이 개시되어 있으나 장시간 숙성시키는 문제로 인하여 경제성이 떨어진다.
이에 따라 간단한 공정과 짧은 시간에 패각을 용해시키는 기술이 요구되고 있다.
본 발명의 일 측면에서의 목적은 바다에서 나오는 굴 등의 패각 폐기 처리시에 그냥 폐기하지 않고 칼슘이 이온화되게 하여 다시 바다로 방류시킴으로써 자연친화적이고 바다 생물에게 영양을 제공하고자 하는 것으로, 패각을 분쇄하고 물과 초산 및 구연산의 혼합용액에 넣고 초음파를 조사하여 초음파에서 나오는 순간적인 에너지에 의해 패각이 용해되고, 용해된 용액의 pH를 바닷물에 맞게 적정하여 다시 바다에 방류하는 방법을 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 다른 측면에서의 목적은 패각을 완전히 용해시켜 형성되는 이온화된 칼슘이 포함된 용액을 이용하여 칼슘화합물, 탄산칼슘, 수용성 칼슘화합물을 제조하는 방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명자들은 패각을 용해하는 방법이 갖는 문제점을 극복하기 위한 연구를 진행하던 중, 초음파를 이용하여 패각을 용해시킬 경우 초음파에서 나오는 순간적인 에너지에 의해 패각의 분해가 빨라지면서 기존의 용해방법보다 용해시간이 10분 내외로 매우 빠르며, 염산이나 질산이 아닌 물에 용해시킨 초산이나 구연산을 사용하기 때문에 독성의 위험이 없고 용해된 용액에 이온화된 칼슘이 다량 존재하여 바다의 생물에 영양분을 제공하면서 패각의 폐기처분에 효과적임을 알게 되었다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 패각 폐기처리방법은 패각을 분쇄하는 단계; 분쇄된 패각을 유기산을 포함하는 용액에 혼합하고, 주파수 1 kHz 내지 200 kHz인 초음파를 조사하여 패각을 용해시키는 단계; 및 패각이 용해된 용액에 염기성 물질을 첨가하여 바닷물의 pH에 맞게 중화시키는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 칼슘화합물의 제조방법은 패각을 분쇄하는 단계; 분쇄된 패각을 유기산을 포함하는 용액에 혼합하고, 주파수 1 kHz 내지 200 kHz인 초음파를 조사하여 패각을 용해시키는 단계; 및 패각이 용해된 용액을 건조하는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시 예에 따른 탄산칼슘의 제조방법은 패각을 분쇄하는 단계; 분쇄된 패각을 유기산을 포함하는 용액에 혼합하고, 주파수 1 kHz 내지 200 kHz인 초음파를 조사하여 패각을 용해시키는 단계; 및 패각이 용해된 용액에 탄산나트륨을 첨가하는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 수용성 칼슘화합물의 제조방법은 패각을 분쇄하는 단계; 분쇄된 패각을 유기산을 포함하는 용액에 혼합하고, 주파수 1 kHz 내지 200 kHz인 초음파를 조사하여 패각을 용해시키는 단계; 패각이 용해된 용액에 탄산나트륨을 첨가하여 탄산칼슘을 제조하는 단계; 및 상기 탄산칼슘을 유기산을 포함하는 용액에 첨가하고, 초음파를 조사하는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 기존의 방법에 의해 패각을 용해하는 기술에 비해 독성과 부식성이 강한 염산, 질산, 황산 등을 사용하지 않고 무해한 초산, 구연산, 젖산 등의 유기산을 사용하기 때문에 해양 생물 뿐만 아니라 인간에게 무해하고, 초음파의 순간적인 에너지에 의해 패각의 용해 시간은 10분 내외로 매우 빠른 시간에 용해가 가능하며, 고농도의 칼슘 이온이 함유되어 있어 패각의 폐기처리가 용이할 뿐만 아니라 바다생물에게 영양분을 제공할 수 있다는 효과가 있다.
도 1은 초음파 조사에 의하여 용해되는 패각의 폐기처리공정에 대한 모식도이고,
도 2는 본 발명의 실시예 1에 의하여 수행한 초음파 조사 전후의 패각의 유기물에 관한 TG-DTA의 결과이고,
도 3은 본 발명의 실시예 3에 의하여 얻어진 구연산칼슘의 X-선 회절분석 그래프이고,
도 4는 본 발명의 실시예 4에 의하여 제조된 수용성 초산칼슘과 실시예 5에 의하여 제조된 탄산칼슘의 X-선 회절분석 그래프이고,
도 5는 본 발명의 실시예 5에 의하여 제조된 탄산칼슘의 주사전자현미경의 사진이고,
도 6은 본 발명의 실시예 6에 의하여 제조된 수용성칼슘의 FT-IR의 결과값을 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 실시예 1에 의하여 수행한 초음파 조사 전후의 패각의 유기물에 관한 TG-DTA의 결과이고,
도 3은 본 발명의 실시예 3에 의하여 얻어진 구연산칼슘의 X-선 회절분석 그래프이고,
도 4는 본 발명의 실시예 4에 의하여 제조된 수용성 초산칼슘과 실시예 5에 의하여 제조된 탄산칼슘의 X-선 회절분석 그래프이고,
도 5는 본 발명의 실시예 5에 의하여 제조된 탄산칼슘의 주사전자현미경의 사진이고,
도 6은 본 발명의 실시예 6에 의하여 제조된 수용성칼슘의 FT-IR의 결과값을 나타낸 것이다.
본 발명의 일 측면에서
패각을 분쇄하는 단계;
분쇄된 패각을 유기산을 포함하는 용액에 혼합하고, 주파수 1 kHz 내지 200 kHz인 초음파를 조사하여 패각을 용해시키는 단계; 및
패각이 용해된 용액에 염기성 물질을 첨가하여 바닷물의 pH에 맞게 중화시키는 단계;를 포함하는 패각 폐기처리방법이 제공된다.
이때, 도 1의 모식도를 통해 본 발명의 일 측면에서 제공되는 패각 폐기처리방법의 일례를 나타내었으며,
이하, 도 1의 모식도를 참조하여 본 발명의 일 측면에서 제공되는 패각 폐기처리방법에 대해 각 단계별로 상세히 설명한다.
종래 패각의 폐기처리를 위해서 분쇄 및 매립을 시도하기도 하지만 매립지의 한계와 관리 비용이 많이 들고, 패각의 표면에 붙어 있는 유기물질들이 시간이 지남에 따라 부패하여 악취 뿐만 아니라 토양 및 수질오염의 원인이 되고 있다. 따라서 패각의 처리 시 가장 좋은 방법은 패각을 용해하고 이때 이온화된 칼슘이 함유된 물을 바다에 방류시키는 것이 바람직하다. 또한 이러한 공정은 간단해야 하고 빠른 시간 내에 용해가 이루어져야 한다.
본 발명은 초음파 장비를 이용한 굴 및 조개류의 폐기처분방법을 제공하고자 하며, 보다 상세하게는 굴, 꼬막, 바지락, 조개 등의 패각을 분쇄하고 물과 초산 및 구연산의 혼합용액에 넣고 초음파를 조사하여 초음파에서 나오는 순간적인 에너지에 의해 패각이 용해되고, 용해된 용액의 pH를 바닷물에 맞게 적정하여 다시 바다에 방류하는 방법을 제시한다. 본 발명의 폐기방법은 남해 등의 해안지역에서 큰 문제로 남아있는 패각 처리 문제를 용이하게 해결할 수 있다.
먼저, 본 발명의 일 측면에서 제공되는 패각 폐기처리방법은 패각을 분쇄하는 단계를 포함한다.
상기 단계에서는 후단의 용해시키는 단계에서 완전히 용해시키기 위해 패각을 분쇄처리한다.
상기 분쇄는 패각을 물로 세척한 후, 볼밀 분쇄 등을 통해 분쇄시킬 수 있으며, 100 ㎛ 내지 500 ㎛ 크기의 분쇄된 패각 분말을 형성할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 일 측면에서 제공되는 패각 폐기처리방법은 분쇄된 패각을 유기산을 포함하는 용액에 혼합하고, 주파수 1 kHz 내지 200 kHz인 초음파를 조사하여 패각을 용해시키는 단계를 포함한다.
상기 단계에서는 분쇄된 패각을 유기산을 포함하는 용액에 혼합하고, 이를 초음파 조사하여 패각을 완전히 용해시킨다.
상기 유기산은 초산, 구연산 및 젖산 중 1종 이상의 유기산일 수 있고, 바람직한 일례로 초산 및/또는 구연산을 사용할 수 있다.
상기 초산 또는 구연산은 패각 1 mol에 대하여 1.5 mol 내지 3.0 mol을 첨가하여 용해시키는 것일 수 있다.
상기 유기산을 포함하는 용액은 증류수를 포함할 수 있으며, 유기산 및 증류수를 포함하는 용액은 pH가 3 내지 5인 것이 바람직하다. 상기 유기산의 함량은 pH가 3 내지 5의 범위가 되도록 조절하는 것이 바람직하다.
상기 초음파는 1 kHz 내지 200 kHz의 주파수를 사용할 수 있으며, 바람직한 일례로, 10 kHz 내지 100 kHz의 주파수를 사용할 수 있고, 30 kHz 내지 50 kHz의 주파수를 사용할 수 있다. 가장 바람직하게는 30 kHz 내지 50 kHz의 주파수로 5분 내지 30분, 5분 내지 10분 동안 수행될 수 있다. 만약, 초음파가 상기 범위의 강도로 조사되지 않을 경우 초음파 조사가 충분하게 이루어지지 않아 패각이 충분히 용해되지 않는 문제점이 있거나, 초음파 조사에 의한 열 때문에 초음파 장비의 냉각시간이 길어져 비경제적인 문제가 있다.
또한, 다음 단계를 수행하기 전에, 상기 초음파 조사 이후 얻어지는 패각이 용해된 용액을 여과하여 유기물을 분리하여 순수한 칼슘을 함유한 용액을 얻는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 패각에는 붙어 있던 유기물들과 찌꺼기가 남아 있을 수 있는데, 이러한 잔여물질들을 제거하기 위해 여과 공정을 수행하여 순수한 칼슘을 함유한 용액을 얻을 수 있다.
다음으로, 본 발명의 일 측면에서 제공되는 패각 폐기처리방법은 패각이 용해된 용액에 염기성 물질을 첨가하여 바닷물의 pH에 맞게 중화시키는 단계를 포함한다.
분쇄된 패각을 유기산을 포함하는 용액에 넣고 초음파를 조사하여 빠른 시간에 용해시키고, 상기 단계에서는 중화 과정을 거쳐 바다에 폐기할 수 있는 상태로 만들 수 있다.
상기 염기성 물질은 수산화칼슘, 수산화나트륨, 수산화칼륨, 암모니아수, 수산화마그네슘 중 1종 이상일 수 있다.
상기 단계에서는 pH를 7.8 내지 8의 약알칼리가 되도록 중화시킬 수 있다.
본 발명의 일 측면에서 제공되는 패각 폐기처리방법은 기존의 방법에 의해 패각을 용해하는 기술에 비해 독성과 부식성이 강한 염산, 질산, 황산 등을 사용하지 않고 무해한 초산, 구연산, 젖산 등의 유기산을 사용하기 때문에 해양 생물 뿐만 아니라 인간에게 무해하고, 초음파의 순간적인 에너지에 의해 패각의 용해 시간은 10분 내외로 매우 빠른 시간에 용해가 가능하며, 고농도의 칼슘 이온이 함유되어 있어 패각의 폐기처리가 용이할 뿐만 아니라 바다생물에게 영양분을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 측면에서
패각을 분쇄하는 단계;
분쇄된 패각을 유기산을 포함하는 용액에 혼합하고, 주파수 1 kHz 내지 200 kHz인 초음파를 조사하여 패각을 용해시키는 단계; 및
패각이 용해된 용액을 건조하는 단계;를 포함하는 칼슘화합물의 제조방법이 제공된다.
먼저, 본 발명의 다른 측면에서 제공되는 칼슘화합물의 제조방법은 패각을 분쇄하는 단계 및 분쇄된 패각을 유기산을 포함하는 용액에 혼합하고, 주파수 1 kHz 내지 200 kHz인 초음파를 조사하여 패각을 용해시키는 단계를 포함한다.
상기 패각을 분쇄하는 단계 및 패각을 용해시키는 단계는 전술한 패각 폐기처리방법에서의 단계와 동일하므로 이하에서 상세한 설명은 생략한다.
단, 상기 패각을 용해시키는 단계에서, 초산을 사용하는 경우 초산은 패각 1 mol에 대하여 1.5 mol 내지 3.0 mol을 첨가하여 용해시키 것이 바람직하고, 구연산은 패각 1 mol에 대하여 0.5 mol 내지 1.4 mol을 첨가하여 용해시키는 것이 바람직하다.
다음으로, 본 발명의 다른 측면에서 제공되는 칼슘화합물의 제조방법은 패각이 용해된 용액을 건조하는 단계를 포함한다.
상기 단계를 수행하기 전에, 상기 초음파 조사 이후 얻어지는 패각이 용해된 용액을 여과하여 유기물을 분리하여 순수한 칼슘을 함유한 용액을 얻는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 패각에는 붙어 있던 유기물들과 찌꺼기가 남아 있을 수 있는데, 이러한 잔여물질들을 제거하기 위해 여과 공정을 수행하여 순수한 칼슘을 함유한 용액을 얻을 수 있다.
여과된 용액을 건조하면 용해도가 높은 칼슘화합물을 얻을 수 있다. 상기 칼슘화합물은 이온화칼슘으로, 유기산의 종류에 따라 초산칼슘, 구연산칼슘, 젖산칼슘 등의 형태로 얻을 수 있다.
나아가, 본 발명의 다른 일 측면에서
패각을 분쇄하는 단계;
분쇄된 패각을 유기산을 포함하는 용액에 혼합하고, 주파수 1 kHz 내지 200 kHz인 초음파를 조사하여 패각을 용해시키는 단계; 및
패각이 용해된 용액에 탄산나트륨을 첨가하는 단계;를 포함하는 탄산칼슘의 제조방법이 제공된다.
먼저, 본 발명의 다른 일 측면에서 제공되는 탄산칼슘의 제조방법은 패각을 분쇄하는 단계 및 분쇄된 패각을 유기산을 포함하는 용액에 혼합하고, 주파수 1 kHz 내지 200 kHz인 초음파를 조사하여 패각을 용해시키는 단계를 포함한다.
상기 패각을 분쇄하는 단계 및 패각을 용해시키는 단계는 전술한 패각 폐기처리방법에서의 단계와 동일하므로 이하에서 상세한 설명은 생략한다.
다음으로, 본 발명의 다른 일 측면에서 제공되는 탄산칼슘의 제조방법은 패각이 용해된 용액에 탄산나트륨을 첨가하는 단계를 포함한다.
상기 단계를 수행하기 전에, 상기 초음파 조사 이후 얻어지는 패각이 용해된 용액을 여과하여 유기물을 분리하여 순수한 칼슘을 함유한 용액을 얻는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 패각에는 붙어 있던 유기물들과 찌꺼기가 남아 있을 수 있는데, 이러한 잔여물질들을 제거하기 위해 여과 공정을 수행하여 순수한 칼슘을 함유한 용액을 얻을 수 있다.
여과된 용액에 탄산칼슘을 넣고 교반하고, 증류수를 이용하여 세척한 후 건조시키면 고순도의 탄산칼슘 분말을 얻을 수 있다.
더욱 나아가, 본 발명의 또 다른 측면에서
패각을 분쇄하는 단계;
분쇄된 패각을 유기산을 포함하는 용액에 혼합하고, 주파수 1 kHz 내지 200 kHz인 초음파를 조사하여 패각을 용해시키는 단계;
패각이 용해된 용액에 탄산나트륨을 첨가하여 탄산칼슘을 제조하는 단계; 및
상기 탄산칼슘을 유기산을 포함하는 용액에 첨가하고, 초음파를 조사하는 단계;를 포함하는 수용성 칼슘화합물의 제조방법이 제공된다.
먼저, 본 발명의 또 다른 측면에서 제공되는 수용성 칼슘화합물의 제조방법은 패각을 분쇄하는 단계 및 분쇄된 패각을 유기산을 포함하는 용액에 혼합하고, 주파수 1 kHz 내지 200 kHz인 초음파를 조사하여 패각을 용해시키는 단계를 포함한다.
상기 패각을 분쇄하는 단계 및 패각을 용해시키는 단계는 전술한 패각 폐기처리방법에서의 단계와 동일하므로 이하에서 상세한 설명은 생략한다.
다음으로, 본 발명의 또 다른 측면에서 제공되는 수용성 칼슘화합물의 제조방법은 패각이 용해된 용액에 탄산나트륨을 첨가하여 탄산칼슘을 제조하는 단계를 포함한다.
상기 단계를 수행하기 전에, 상기 초음파 조사 이후 얻어지는 패각이 용해된 용액을 여과하여 유기물을 분리하여 순수한 칼슘을 함유한 용액을 얻는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 패각에는 붙어 있던 유기물들과 찌꺼기가 남아 있을 수 있는데, 이러한 잔여물질들을 제거하기 위해 여과 공정을 수행하여 순수한 칼슘을 함유한 용액을 얻을 수 있다.
여과된 용액에 탄산칼슘을 넣고 교반하고, 증류수를 이용하여 세척한 후 건조시키면 고순도의 탄산칼슘 분말을 얻을 수 있다.
다음으로, 본 발명의 또 다른 측면에서 제공되는 수용성 칼슘화합물의 제조방법은 상기 탄산칼슘을 유기산을 포함하는 용액에 첨가하고, 초음파를 조사하는 단계를 포함한다.
상기 단계에서는 전단계에서 얻은 탄산칼슘을 유기산을 포함하는 용액에 첨가하고, 초음파를 조사함으로써 용해도가 높은 고순도의 칼슘화합물을 얻는다.
상기 유기산은 초산, 구연산 및 젖산 중 1종 이상일 수 있다.
상기 유기산을 포함하는 용액은 증류수를 포함할 수 있으며, 유기산 및 증류수를 포함하는 용액은 pH가 3 내지 5인 것이 바람직하다. 상기 유기산의 함량은 pH가 3 내지 5의 범위가 되도록 조절하는 것이 바람직하다.
상기 초음파는 1 kHz 내지 200 kHz의 주파수를 사용할 수 있으며, 바람직한 일례로, 10 kHz 내지 100 kHz의 주파수를 사용할 수 있고, 30 kHz 내지 50 kHz의 주파수를 사용할 수 있다. 가장 바람직하게는 30 kHz 내지 50 kHz의 주파수로 5분 내지 30분, 5분 내지 10분 동안 수행될 수 있다.
상기 초음파를 통해 탄산칼슘을 용해시키고, 탄산칼슘이 용해된 유기산을 포함하는 용액을 건조시켜 고순도의 용해도가 높은 이온화칼슘 분말을 얻을 수 있다.
이하, 실시예 및 실험예를 통하여 본 발명을 상세히 설명한다.
단, 하기의 실시예 및 실험예는 본 발명을 설명하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기의 실시예 및 실험예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
<
실시예
1>
패각
폐기처리-1 (초산)
분쇄된 패각 분말 200 g을 5 L 증류수와 500 mL 초산이 들어있는 용기에 넣고 초음파 조사기를 이용하여 10분간 40 kHz(50%)강도의 초음파를 조사하여 완전히 용해하였다.
상기 용액에 초음파를 조사함에 따라 초기 탁했던 용액이 시간이 지남에 따라 약간 누렇게 용액이 변하는 것을 관찰할 수 있었는데, 이것은 패각이 용해되면서 패각에 붙어 있던 유기물들과 찌꺼기가 남아 있다는 것을 의미한다.
상기 용액을 여과하여 순수한 용액과 유기물 및 찌꺼기를 분리하였고, 순수한 용액에 수산화칼슘으로 바닷물의 pH와 동일하게 7.8 ~ 8 사이의 약알칼리가 되도록 중화하였다.
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실시예
2>
패각
폐기처리-2 (구연산)
분쇄된 패각 분말 200 g을 5 L 증류수와 832g 구연산이 들어있는 용기에 넣고 초음파 조사기를 이용하여 10분간 40 kHz(50%)강도의 초음파를 조사하여 완전히 용해하였다.
상기 용액에 초음파를 조사함에 따라 초기 탁했던 용액이 시간이 지남에 따라 약간 누렇게 용액이 변하는 것을 관찰할 수 있었는데, 이것은 패각이 용해되면서 패각에 붙어 있던 유기물들과 찌꺼기가 남아 있다는 것을 의미한다.
상기 용액을 여과하여 순수한 용액과 유기물 및 찌꺼기를 분리하였고, 순수한 용액에 수산화칼슘으로 바닷물의 pH와 동일하게 7.8 ~ 8 사이의 약알칼리가 되도록 중화하였다.
<
실시예
3> 이온화칼슘 분말 제조-1 (구연산)
분쇄된 패각 분말 200 g을 5 L 증류수와 300g 구연산이 들어있는 용기에 넣고 초음파 조사기를 이용하여 10분간 40 kHz(50%)강도의 초음파를 조사하여 완전히 용해하였다.
상기 용액에 초음파를 조사함에 따라 초기 투명했던 용액이 시간이 지남에 따라 하얗게 용액이 변하며 석출이 되는 것을 관찰할 수 있었는데, 이것은 패각이 용해되면서 바로 구연산칼슘이 형성된다는 것을 의미한다.
상기 용액을 여과하여 석출물과 유기물 및 찌꺼기를 분리하였고, 석출물을 건조하여 이온화칼슘(구연산칼슘) 분말을 얻었다.
<
실시예
4> 이온화칼슘 분말 제조-2 (초산)
분쇄된 패각 분말 200 g을 5 L 증류수와 500 mL 초산이 들어있는 용기에 넣고 초음파 조사기를 이용하여 10분간 40 kHz(50%)강도의 초음파를 조사하여 완전히 용해하였다.
상기 용액에 초음파를 조사함에 따라 초기 탁했던 용액이 시간이 지남에 따라 약간 누렇게 용액이 변하는 것을 관찰할 수 있었는데, 이것은 패각이 용해되면서 패각에 붙어 있던 유기물들과 찌꺼기가 남아 있다는 것을 의미한다.
상기 용액을 여과하여 순수한 용액과 유기물 및 찌꺼기를 분리하였고, 여과된 용액을 건조하여 용해도가 높은 이온화칼슘(초산칼슘) 분말을 얻었다.
<
실시예
5> 탄산칼슘 분말 제조
분쇄된 패각 분말 200 g을 5 L 증류수와 500 mL 초산이 들어있는 용기에 넣고 초음파 조사기를 이용하여 10분간 40 kHz(50%)강도의 초음파를 조사하여 완전히 용해하였다.
상기 용액에 초음파를 조사함에 따라 초기 탁했던 용액이 시간이 지남에 따라 약간 누렇게 용액이 변하는 것을 관찰할 수 있었는데, 이것은 패각이 용해되면서 패각에 붙어 있던 유기물들과 찌꺼기가 남아 있다는 것을 의미한다.
상기 용액을 여과하여 순수한 용액과 유기물 및 찌꺼기를 분리하였고, 여과된 용액에 탄산나트륨(Na2CO3) 500 g을 넣고 교반하고 증류수를 이용하여 3회 정도 수세하고 건조시켜 고순도의 탄산칼슘(CaCO3) 분말을 얻었다.
<
실시예
6> 이온화칼슘 분말 제조-3 (초산)
분쇄된 패각 분말 200 g을 5 L 증류수와 500 mL 초산이 들어있는 용기에 넣고 초음파 조사기를 이용하여 10분간 40 kHz(50%)강도의 초음파를 조사하여 완전히 용해하였다.
상기 용액에 초음파를 조사함에 따라 초기 탁했던 용액이 시간이 지남에 따라 약간 누렇게 용액이 변하는 것을 관찰할 수 있었는데, 이것은 패각이 용해되면서 패각에 붙어 있던 유기물들과 찌꺼기가 남아 있다는 것을 의미한다.
상기 용액을 여과하여 순수한 용액과 유기물 및 찌꺼기를 분리하였고, 여과된 용액에 탄산나트륨(Na2CO3) 500 g을 넣고 교반하고 증류수를 이용하여 3회 정도 수세하고 건조시켜 고순도의 탄산칼슘(CaCO3) 분말을 얻었다.
상기 탄산칼슘 분말을 초산과 물의 혼합용액에 넣고 초음파 조사를 10분 동안 수행하여, 탄산칼슘 분말을 용해시켰으며, 이 용액을 건조시켜 고순도의 용해도가 높은 이온화칼슘(초산칼슘) 분말을 얻었다.
<
실험예
1>
출발물질인
패각의
초음파 조사 전후의 유기물 분석
상기 실시예 1에서 출발물질인 분쇄한 패각을 초음파를 조사하였을때, 조사 전후의 유기물 분석을 하기 위해 열중량분석기를 사용해 관찰하였다. TA Instrument 사의 TGA Q5000 모델을 사용하였으며, 그 결과를 도 2에 나타내었다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 패각의 경우 보다 초음파 조사에 의해 용해된 용액이 유기물이 훨씬 적게 들어있음을 확인할 수 있다.
<
실험예
2>
구연산칼슘의
X-선 회절분석
상기 실시예 3에서 제조한 구연산칼슘 성분을 분석하기 위해 X-선 회절분석을 실시하였다. Rigaku 사의 D/MAX2200V/PC 모델을 사용하였으며, 그 결과를 도 3에 나타내었다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 구연산칼슘의 XRD 패턴과 일치하고 있음을 확인할 수 있다.
<
실험예
3>
칼슘의 이온농도분석
상기 실시예 4에서 제조한 이온화칼슘(초산칼슘)을 분석하기 위해 이온농도측정기를 이용하여 함량을 측정하였다. Thermo Scientific 사의 iCAP 6500 duo Inductively Coupled Plasma-Emission Spectrometer 모델을 사용하였으며, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
| Mg (mg/kg) | Ca (mg/kg) | Cd (mg/kg) | Pb (mg/kg) | |
| 실시예 4 (초산칼슘) |
34 | 6300 | N.D | N.D |
*N.D는 non-detectable을 의미하며, 상기 시료의 검출한계는 1 mg/kg임.
<
실험예
4>
탄산칼슘의 X-선 회절분석
상기 실시예 5에서 제조한 탄산칼슘 및 실시예 4에서 제조한 수용성 초산칼슘의 성분을 분석하기 위해 X-선 회절분석을 실시하였다. Rigaku 사의 D/MAX2200V/PC 모델을 사용하였으며, 그 결과를 도 4에 나타내었다.
도 4에 나타낸 바와 같이, 탄산칼슘의 XRD 패턴이 관찰되고 결정성도 좋음을 확인하였다.
<실험예 5>
탄산칼슘의 형태 분석
상기 실시예 5에서 제조한 탄산칼슘의 입자모양과 크기를 분석하기 위해 주사전자현미경을 사용해 관찰하였다. Tescan 사의 VEGA ⅡLSV 모델을 사용하였으며, 그 결과를 도 5에 나타내었다.
도 5에 나타낸 바와 같이, 실시예 5에서 제조한 탄산칼슘의 모양이 매우 일정하고 입자분포도 균일한 것을 확인할 수 있다.
<실험예 6>
초산칼슘의 구조분석
상기 실시예 6에서 제조한 초산칼슘의 구조를 분석하기 위해 FT-IR 측정기를 이용하여 구조를 관찰하였다. Bruker 사의 EQVINOX 55 모델을 사용하였으며, 그 결과를 도 6에 나타내었다.
도 6에 나타낸 바와 같이, 실시예 6에서 제조한 초산칼슘은 기존에 보고되고 있는 초산칼슘의 FT-IR 구조와 정확하게 일치한다.
본 발명에 따르면, 기존의 방법에 의해 패각을 용해하는 기술에 비해 독성과 부식성이 강한 염산, 질산, 황산 등을 사용하지 않고 무해한 초산, 구연산, 젖산 등의 유기산을 사용하기 때문에 해양 생물 뿐만 아니라 인간에게 무해하고, 초음파의 순간적인 에너지에 의해 패각의 용해 시간은 10분 내외로 매우 빠른 시간에 용해가 가능하며, 고농도의 칼슘 이온이 함유되어 있어 패각의 폐기처리가 용이할 뿐만 아니라 바다생물에게 영양분을 제공할 수 있다는 효과가 있다.
더불어, 고순도 및 용해도가 높은 이온화칼슘을 제조할 수 있는 기술로서 천연 이온화칼슘을 쉽게 얻을 수 있는 장점이 있어 화장품이나 기능성 식품의 첨가제 등으로써 응용 가능한 효과가 있다.
Claims (12)
- 패각을 분쇄하는 단계;
분쇄된 패각을 유기산을 포함하는 용액에 혼합하고, 주파수 1 kHz 내지 200 kHz인 초음파를 조사하여 패각을 용해시키는 단계; 및
패각이 용해된 용액에 염기성 물질을 첨가하여 바닷물의 pH에 맞게 중화시키는 단계;를 포함하는 패각 폐기처리방법.
- 제1항에 있어서,
상기 유기산은 초산, 구연산 및 젖산으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상인 패각 폐기처리방법.
- 제2항에 있어서,
상기 초산 또는 구연산은 패각 1 mol에 대하여 1.5 mol 내지 3.0 mol을 첨가하여 용해시키는 패각 폐기처리방법.
- 제1항에 있어서,
상기 유기산을 포함하는 용액은 pH가 2 내지 5인 패각 폐기처리방법.
- 제1항에 있어서,
상기 초음파를 조사하는 단계는 5분 내지 30분 동안 수행되는 패각 폐기처리방법.
- 제1항에 있어서,
패각이 용해된 용액을 여과하여 유기물을 분리하여 순수한 칼슘을 함유한 용액을 얻는 단계를 포함하는 패각 폐기처리방법.
- 제1항에 있어서,
상기 염기성 물질은 수산화칼슘, 수산화나트륨, 수산화칼륨, 암모니아수 및 수산화마그네슘으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상인 패각 폐기처리방법.
- 제1항에 있어서,
상기 바닷물의 pH는 7.8 내지 8인 패각 폐기처리방법.
- 패각을 분쇄하는 단계;
분쇄된 패각을 유기산을 포함하는 용액에 혼합하고, 주파수 1 kHz 내지 200 kHz인 초음파를 조사하여 패각을 용해시키는 단계; 및
패각이 용해된 용액을 건조하는 단계;를 포함하는 칼슘화합물의 제조방법.
- 제9항에 있어서,
상기 패각이 용해된 용액을 건조하는 단계에서 얻어지는 물질은 이온화칼슘인 칼슘화합물의 제조방법.
- 패각을 분쇄하는 단계;
분쇄된 패각을 유기산을 포함하는 용액에 혼합하고, 주파수 1 kHz 내지 200 kHz인 초음파를 조사하여 패각을 용해시키는 단계; 및
패각이 용해된 용액에 탄산나트륨을 첨가하는 단계;를 포함하는 탄산칼슘의 제조방법.
- 패각을 분쇄하는 단계;
분쇄된 패각을 유기산을 포함하는 용액에 혼합하고, 주파수 1 kHz 내지 200 kHz인 초음파를 조사하여 패각을 용해시키는 단계;
패각이 용해된 용액에 탄산나트륨을 첨가하여 탄산칼슘을 제조하는 단계; 및
상기 탄산칼슘을 유기산을 포함하는 용액에 첨가하고, 초음파를 조사하는 단계;를 포함하는 수용성 칼슘화합물의 제조방법.
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Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| KR1020190144097A KR102309717B1 (ko) | 2019-11-12 | 2019-11-12 | 초음파 장비를 이용한 패각 류의 처리방법 |
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| KR1020190144097A KR102309717B1 (ko) | 2019-11-12 | 2019-11-12 | 초음파 장비를 이용한 패각 류의 처리방법 |
Country Status (1)
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| KR (1) | KR102309717B1 (ko) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20220168106A (ko) * | 2021-06-15 | 2022-12-22 | 문피아 | 굴패각을 이용한 고순도 탄산칼슘 제조방법 |
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- 2019-11-12 KR KR1020190144097A patent/KR102309717B1/ko active IP Right Grant
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| KR102309717B1 (ko) | 2021-10-06 |
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