KR20240084319A - Method for granulation of bio-sulfur and granular bio-sulfur prepared thereby - Google Patents

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KR20240084319A
KR20240084319A KR1020220169042A KR20220169042A KR20240084319A KR 20240084319 A KR20240084319 A KR 20240084319A KR 1020220169042 A KR1020220169042 A KR 1020220169042A KR 20220169042 A KR20220169042 A KR 20220169042A KR 20240084319 A KR20240084319 A KR 20240084319A
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신용습
김종수
박석희
이문중
권오훈
정혜정
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경상북도(농업기술원)
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Abstract

본 발명은 바이오황의 입상화 방법 및 이에 의하여 제조된 입상 바이오황에 관한 것으로, 보다 구체적으로 액상 바이오황을 무기접착제와 혼합하여 반죽을 형성하는 단계; 반죽을 사출하는 단계; 및 건조하는 단계를 포함하는, 바이오황의 입상화 방법 및 이에 의하여 제조된 입상 바이오황에 관한 것이다.
본 발명의 바이오황 입상의 제조방법에 의하면 종래 제조방법에 비해 입상화 제조 기간을 단축시킬 수 있으며, 동결건조 비용을 절약할 수 있고 나아가 공정상의 원료 손실을 저감시킬 수 있는 효과가 있으며, 물에 대한 안정성을 조절하고 완효성 황비료를 제공할 수 있다.
The present invention relates to a method for granulating biosulfur and granular biosulfur produced thereby, and more specifically, to the steps of mixing liquid biosulfur with an inorganic adhesive to form a dough; Injecting dough; It relates to a method of granulating biosulfur, including the step of drying, and the granular biosulfur produced thereby.
According to the method for manufacturing biosulfur granules of the present invention, the granulation manufacturing period can be shortened compared to the conventional manufacturing method, the freeze-drying cost can be saved, and furthermore, the loss of raw materials during the process can be reduced, and water It can control the stability and provide slow-release sulfur fertilizer.

Description

바이오황의 입상화 방법 및 이에 의하여 제조된 입상 바이오황{Method for granulation of bio-sulfur and granular bio-sulfur prepared thereby}Method for granulating bio-sulfur and granular bio-sulfur prepared thereby}

본 발명은 바이오황의 입상화 방법 및 이에 의하여 제조된 입상 바이오황에 관한 것으로, 보다 구체적으로 액상 바이오황을 무기접착제와 혼합하여 반죽을 형성하는 단계; 반죽을 사출하는 단계; 및 건조하는 단계를 포함하는, 바이오황의 입상화 방법 및 이에 의하여 제조된 입상 바이오황에 관한 것이다. 본 발명의 입상 바이오황은 비료로 사용될 수 있다. The present invention relates to a method for granulating biosulfur and granular biosulfur produced thereby, and more specifically, to the steps of mixing liquid biosulfur with an inorganic adhesive to form a dough; Injecting dough; It relates to a method of granulating biosulfur, including the step of drying, and the granular biosulfur produced thereby. The granular biosulfur of the present invention can be used as a fertilizer.

황(S)은 함황아미노산과 비타민의 구성 성분으로 단백질의 구조 유지 및 지질의 합성과 에너지 전달 반응에 관여한다. 이러한 황은 식물 필수 영양 원소 중 하나로서 일반적으로 건조 식물체 중 0.1~0.5wt% 함유되어 있으며, 특히 백합과 작물인 양파, 마늘은 향기 성분을 구성하는 cysteine sulfoxides 함량이 높기 때문에 황이 1% 이상 식물체 내에 축적되는 것으로 알려져 있다. 따라서 작물 생육기에 비료 사용을 통한 적절한 황의 공급이 필요하다. Sulfur (S) is a component of sulfur-containing amino acids and vitamins and is involved in maintaining protein structure, lipid synthesis, and energy transfer reactions. Sulfur is one of the essential nutritional elements for plants and generally contains 0.1 to 0.5 wt% of dried plants. In particular, onions and garlic, which are crops of the lily family, have a high content of cysteine sulfoxides, which make up aroma components, so more than 1% of sulfur accumulates in the plants. It is known to happen. Therefore, adequate supply of sulfur through fertilizer use is necessary during the crop growth period.

대한민국 비료공정규격에는 황 비료에 대한 규격이 따로 설정되어 있지 않으며, 일반적으로 농가에서는 황산암모늄(유안), 황산칼리, 황산고토 등 황을 주성분으로 하는 황 함유 비료를 사용하고 있다. 하지만 현재 황은 주로 석유 정제 과정 중에 부산물로 생성되며, 황산 제조 시 공해물질인 아황산가스(SO2)를 배출하는 것으로 알려져 있다. 따라서 친환경적인 황 추출 공정의 필요성이 대두되었다.There are no separate standards for sulfur fertilizers in Korea's fertilizer process standards, and farmers generally use sulfur-containing fertilizers with sulfur as the main ingredient, such as ammonium sulfate (yuan), potassium sulfate, and kaolin sulfate. However, currently, sulfur is mainly produced as a by-product during the petroleum refining process, and it is known that the production of sulfuric acid emits sulfur dioxide (SO 2 ), a pollutant. Therefore, the need for an eco-friendly sulfur extraction process has emerged.

쓰레기 매립지 내 황화수소 전처리 공법인 THIOPAQ® 공법은 미생물을 이용하는 생물학적 탈황 공법으로 H2S를 HS-로 이온화시킨 후 박테리아를 이용하여 원소 상태의 황, 즉 바이오황을 생산하는 방법이다. The THIOPAQ® method, a hydrogen sulfide pretreatment method in landfills, is a biological desulfurization method using microorganisms that ionizes H 2 S into HS - and then uses bacteria to produce elemental sulfur, that is, biosulfur.

본 발명의 바이오황(Bio-sulfur)은 미생물의 생물학적 대사작용으로 만들어진 황으로, 수도권 매립지 등에서 발생하는 바이오 가스, 부생가스 등의 혼합가스의 정제 과정 중 황화수소를 제거하는 공정에 미생물 공정을 도입하여 생산된다. 미생물 대사작용을 통해 생산된 바이오황은 중금속 등 유해물질로부터 안전하고, 친수성이 뛰어나며, 무기황(석유화학황)에 비해 입자 크기 및 밀도가 낮다는 장점이 있다. 또한 바이오황은 액상으로 생산되며 약알칼리성(pH 8.5)이므로, 추가 공정 없이 사용가능하다는 장점이 존재한다. 이와 대조적으로, 무기황의 경우 액상화 공정 등이 필요하며, 액상화 시 강알칼리성(pH 12 내지 14)이어서 추가 공정이 필요하다는 한계가 있다. Bio-sulfur of the present invention is sulfur produced through the biological metabolism of microorganisms. By introducing a microbial process into the process of removing hydrogen sulfide during the purification process of mixed gas such as bio gas and by-product gas generated in metropolitan landfills, etc. produced. Bio-sulfur produced through microbial metabolism has the advantage of being safe from harmful substances such as heavy metals, having excellent hydrophilicity, and having a lower particle size and density than inorganic sulfur (petrochemical sulfur). Additionally, biosulfur is produced in liquid form and is slightly alkaline (pH 8.5), so it has the advantage of being able to be used without additional processing. In contrast, in the case of inorganic sulfur, a liquefaction process is required, and when liquefied, it is strongly alkaline (pH 12 to 14), so there is a limitation in that an additional process is required.

바이오황은 병해충관리용 유기농업 자재로 사용할 수 있을 뿐만 아니라, 기존 화학비료를 대체할 수 있어서 그 잠재성이 매우 높은 것으로 평가받고 있으며 화학적 처리를 통해 제품화되는 기존 황을 대체해나가는 역할을 할 수 있을 것으로 기대된다. 대표적으로 유기농업자재로의 적용이 확산될 것으로 전망된다. Bio-sulfur can not only be used as an organic farming material for pest management, but also can replace existing chemical fertilizers, so it is evaluated as having very high potential and can play a role in replacing existing sulfur commercialized through chemical processing. It is expected that For example, its application as organic farming material is expected to spread.

바이오황은 기존의 화학적 공법에 의해 생산된 석유화학황에 비하여 2~10㎛의 작은 입자, pH 8 내외의 약알칼리성, 물에 대한 친수성이 뛰어난 특성을 가지고 있어 화장품, 의약품, 살균제, 비료 등에 활용이 가능하다.Compared to petrochemical sulfur produced by existing chemical methods, biosulfur has small particles of 2~10㎛, slightly alkaline pH around 8, and excellent hydrophilicity toward water, so it can be used in cosmetics, medicine, disinfectants, fertilizers, etc. possible.

바이오황을 활용한 최근 연구로는 콘크리트 성능 개선과 토양 정화 소재 개발 등이 있으며, 농업적 활용방안으로는 고추에 대한 생육 및 품질 관리, 오이 탄저병 억제, 감귤 더뎅이병 발병 억제 등의 병해충 관리용으로 활용되고 있다.Recent research using biosulfur includes improving concrete performance and developing soil purification materials. Agricultural applications include growth and quality control for peppers, suppression of cucumber anthracnose, and pest control such as suppression of citrus borer disease. It is being utilized.

그러나 바이오황의 생산 형태인 액상 바이오황을 작물 생장 보조용으로 사용하기 위해서는 액상 제형의 문제점인 큰 부피, 심한 악취, 바람과 강우에 의한 유실 가능성, 물에 희석 시 낮은 분산도를 고려해야 한다. However, in order to use liquid biosulfur, a production form of biosulfur, as a crop growth aid, the problems of the liquid formulation must be considered: large volume, strong odor, possibility of loss due to wind and rainfall, and low dispersibility when diluted in water.

이와 같이 종래 황비료는 주로 액상 상태로 분무하여 토양 산성화, 유실량 증가, 작업자에 대한 악영향 등 문제점이 있어왔다. 이에 액상 바이오황의 비료화를 위한 입제 개발의 필요성이 대두되었으며, 입상 바이오황 제조방법에 대한 연구가 진행되어 오고 있다. As such, conventional sulfur fertilizers are mainly sprayed in a liquid state, causing problems such as soil acidification, increased loss, and adverse effects on workers. Accordingly, the need to develop granules for composting liquid biosulfur has emerged, and research on methods for producing granular biosulfur has been conducted.

액상 바이오황의 문제점을 보완하기 위하여 동결건조를 이용한 분말화 연구가 진행되었으나 동결건조 시 구성 원소 성분들의 비율 변화가 일어나고, 입자들의 농도가 고르지 않는 것으로 밝혀져 있다. 따라서 바이오황의 성분 변화를 일으키지 않고, 농도가 고르게 합성되는 방법이 요구된다. In order to supplement the problems of liquid biosulfur, research on powderization using freeze-drying was conducted, but it was found that the ratio of constituent elements changes during freeze-drying and the concentration of particles is uneven. Therefore, a method is required to synthesize biosulfur at an even concentration without causing changes in its composition.

그중 입상화는 소재의 크기를 일정하게 유지할 수 있고, 기계적 강도를 증가시킬 수 있으며, 흡착소재에 다공성을 부여할 수 있다. 국내에서는 무기 바인더를 활용한 제올라이트 입단 토양 개발 사례가 있으며, 다양한 pore size를 가지고, 작물 생육에 필수적 원소인 칼륨(K)과 인(P)에 대해서 완효성 및 지속성을 가지고 있는 것으로 보고되었다.Among them, granulation can maintain a constant size of the material, increase mechanical strength, and provide porosity to the adsorption material. In Korea, there is a case of developing zeolite aggregate soil using an inorganic binder, and it has been reported to have various pore sizes and to have complete efficacy and sustainability for potassium (K) and phosphorus (P), which are essential elements for crop growth.

입상 바이오황을 제조하는 데 사용되는 무기 접착제로는 주로 점토광물이 사용되고 있는데, 상기 점토광물은 일반적으로 층상구조의 극세립 수산화 알루미노규산염 광물을 총칭하는 명칭으로 이암, 점토암, 토양의 주 구성광물이다. 점토광물은 사면체층과 팔면체층이 다양한 비율로 교호하면서 여러 유형의 광물군이 만들어 진다. 점토광물은 작은 입자크기와 층간 때문에 표면적이 매우 크며, 표면은 흔히 전하를 띤다. 점토광물의 층상구조 및 표면전하는 자연의 생태환경을 조정하는 역할을 한다. 층상 구조 사이에 물이나 양이온 이 출입할 수 있으며, 각종 유/무기 성분들을 흡수할 수 있다. Clay minerals are mainly used as inorganic adhesives used to produce granular biosulfur. Clay minerals are generally a general term for ultra-fine hydroxyaluminosilicate minerals with a layered structure and are the main constituent minerals of mudstone, claystone, and soil. am. In clay minerals, various types of mineral groups are created as tetrahedral and octahedral layers alternate in various ratios. Clay minerals have a very large surface area due to their small particle size and interlayering, and the surface is often electrically charged. The layered structure and surface charge of clay minerals play a role in regulating the natural ecological environment. Water and positive ions can enter and exit between the layered structures, and various organic and inorganic components can be absorbed. 

점토광물은 [SiO4] 사면체층과 [Al(O,OH)6] 팔면체층이 번갈아 층을 이루고 있으며, 사면체와 팔면체가 결합한 비율, 단위구조 사이에 존재하는 양이온의 종류, 물분자의 존재 여부 등에 따라 광물종이 결정된다. 사면체층과 팔면체층이 결합하는 방식에 따라 1:1, 2:1 점토광물로 분류된다. 1:1 점토광물은 각각 1개의 사면체층과 팔면체층이 결합되어 있으며, 카올리나이트나 사문석 등이 있다. 2:1 점토광물은 사면체-팔면체-사면체 구조로 층이 결합되어 있으며, 몬모릴로나이트, 벤토나이트, 활석이나 일라이트 등이 있다.Clay minerals are composed of alternating layers of [SiO 4 ] tetrahedral layers and [Al(O,OH) 6 ] octahedral layers, and the ratio of tetrahedral and octahedral bonds, the type of cation that exists between unit structures, and the presence or absence of water molecules are determined. The mineral species is determined depending on the etc. Depending on the way the tetrahedral layer and octahedral layer are combined, it is classified as 1:1 or 2:1 clay mineral. 1:1 clay minerals are each composed of one tetrahedral layer and one octahedral layer, and include kaolinite and serpentine. 2:1 clay minerals have layers combined in a tetrahedral-octahedral-tetrahedral structure, and include montmorillonite, bentonite, talc, and illite.

종래의 입상 바이오황 제조 공정에 있어서 동결건조 방법에 의하는 경우 긴 건조시간, 건조비용 과다 발생의 문제가 있으며, 입상화 기기를 이용하는 과정에서 공정상 원료의 손실이 10 내지 20% 발생하는 문제점이 있으며, 기존 액상 제형의 바이오황을 입상화하는 과정에서 시간 및 비용을 절약하고, 공정상 원료 손실을 감소시킨 입상 바이오황을 개발함으로써 유기농업에서 이용할 수 있는 친환경 비료의 제공이 요구되고 있다. In the conventional granular biosulfur production process, the freeze-drying method has problems of long drying time and excessive drying costs, and there is a problem of 10 to 20% loss of raw materials during the process when using granulation equipment. There is a need to provide eco-friendly fertilizers that can be used in organic agriculture by saving time and cost in the process of granulating existing liquid biosulfur and developing granular biosulfur that reduces raw material loss during the process.

또한, 바이오황을 비료로 활용하는 경우에 액상 바이오황 비료는 분무 시 휘발되고 토양에 잔류하는 시간이 짧은 문제점이 있었다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 입상 바이오황을 개발하기 위한 연구가 진행되어 오고 있다. In addition, when using biosulfur as a fertilizer, liquid biosulfur fertilizer had the problem of volatilization when sprayed and having a short remaining time in the soil. To solve these problems, research has been conducted to develop granular biosulfur.

대한민국 등록특허 제 10-1259061호는 입상 유황비료 및 그 제조방법에 관한 것으로, 유황, 방해석, 견운모, 황토 및 벤토나이트 또는 제올라이트로 조성되는 것을 특징으로 하는 입상 유황비료 및 반죽, 성형 및 건조 단계를 포함하는 입상 유황비료의 제조 방법을 개시하고 있다. Republic of Korea Patent No. 10-1259061 relates to granular sulfur fertilizer and its manufacturing method, which includes granular sulfur fertilizer composed of sulfur, calcite, sericite, red clay, bentonite or zeolite, and kneading, forming and drying steps. A method for manufacturing granular sulfur fertilizer is disclosed.

대한민국 등록특허 제 10-1996152호는 수중 붕괴성 및 분산안정성이 우수한 유황 입상수화제 조성물 및 그 제조방법에 관한 것으로, 벤토나이트를 첨가함으로써 수용액 내 안정성이 우수한 입상수화제 조성물을 제공하며, 입상화 방법으로서 압출성형 방법을 개시하고 있다. Republic of Korea Patent No. 10-1996152 relates to a sulfur granular hydrate composition with excellent disintegration and dispersion stability in water and a method for manufacturing the same. It provides a granular hydrate composition with excellent stability in aqueous solution by adding bentonite, and extrusion as a granulation method. A molding method is disclosed.

대한민국 등록특허 제 10-1584321호는 유황이 포함된 비료 및 그 제조방법에 관한 것으로, 유황을 포함하는 비료의 입상화 방법으로서 성형기를 사용하여 회전을 통해 구형의 입상을 제조하는 과정 및 입상이 신속하게 풀어지도록 하기 위해 고온 성형을 거치지 않는 것을 특징으로 하는 방법을 개시하고 있다. Republic of Korea Patent No. 10-1584321 relates to a fertilizer containing sulfur and a manufacturing method thereof. It is a granulation method of fertilizer containing sulfur, a process of manufacturing spherical granules through rotation using a molding machine, and rapid granulation. A method is disclosed that does not require high-temperature molding to ensure easy release.

이처럼 종래의 입상 바이오황의 제조방법은 무기접착제의 비율을 조절함으로써 황의 용출율을 조절하고 완효성 비료로 활용할 수 있는 방법에 대해서는 개발된 바 없다.As such, the conventional method for producing granular biosulfur has not been developed to control the dissolution rate of sulfur by adjusting the ratio of inorganic adhesive and to use it as a slow-release fertilizer.

이에, 본 발명자들은 기존의 액상 바이오황을 대체할 수 있는 친환경 입상 바이오황을 개발하고자 예의 노력한 결과, 본 발명의 입상 바이오황의 제조방법에 의하는 경우에 종래의 바이오황과 달리 황의 용출 기간을 조절하여 완효성 황비료를 제공할 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다. Accordingly, the present inventors have made diligent efforts to develop eco-friendly granular biosulfur that can replace existing liquid biosulfur. As a result, in the case of producing granular biosulfur of the present invention, unlike conventional biosulfur, the elution period of sulfur is controlled. Thus, it was confirmed that a slow-release sulfur fertilizer could be provided, and the present invention was completed.

본 발명의 목적은 물에 대한 안정성을 조절할 수 있으며, 완효성 황비료를 제공할 수 있는 바이오황의 입상화 방법 및 이에 의한 입상 바이오황을 제공하는 것이다. The purpose of the present invention is to provide a method for granulating biosulfur that can control stability in water and provide a slow-release sulfur fertilizer, and to provide granular biosulfur thereby.

또한, 본 발명의 목적은 기존의 바이오황의 입상화 방법에 비해 제조기간 단축, 동결건조 비용 절약 및 원료 손실 감소 효과가 있는 바이오황의 입상화 방법을 제공하는 것이다. In addition, the purpose of the present invention is to provide a method for granulating biosulfur that has the effect of shortening the manufacturing period, saving freeze-drying costs, and reducing raw material loss compared to existing biosulfur granulation methods.

본 발명은 This invention

바이오의 입상화 방법으로서,As a bio granulation method,

1) 액상 바이오황을 무기접착제와 혼합하여 반죽을 만드는 단계;1) Mixing liquid biosulfur with an inorganic adhesive to make dough;

2) 상기 반죽을 사출하는 단계; 및2) Injecting the dough; and

3) 상기 사출물을 건조하는 단계를 포함하며, 3) It includes the step of drying the injection molded product,

상기 무기접착제는 비료로 사용할 수 있는 것을 특징으로 하는 바이오황의 입상화 방법을 제공한다. The inorganic adhesive provides a method for granulating biosulfur, which can be used as a fertilizer.

또한, 본 발명은 상기 바이오황의 입상화 방법에 의하여 제조된 입상 바이오황을 제공한다. In addition, the present invention provides granular biosulfur produced by the above biosulfur granulation method.

본 발명은 물에 대한 안정성을 조절할 수 있으며, 완효성 황비료를 제공할 수 있는 바이오황의 입상화 방법을 제공한다. The present invention provides a method for granulating biosulfur that can control stability in water and provide slow-release sulfur fertilizer.

본 발명의 바이오황의 입상화 방법에 의하면 종래 제조방법에 비해 제조 기간을 단축시킬 수 있으며, 동결건조 비용을 절약할 수 있고 나아가 공정상의 원료 손실을 저감시킬 수 있는 효과가 있다. According to the method for granulating biosulfur of the present invention, the manufacturing period can be shortened compared to the conventional manufacturing method, the freeze-drying cost can be saved, and furthermore, the loss of raw materials during the process can be reduced.

도 1은 유기태황 및 무기태황의 전자현미경 사진을 나타낸다. (a)는 유기태황, (b)는 무기태황이다.
도 2는 미생물 공법에 의한 바이오황의 생산 공정을 나타낸다.
도 3은 본 발명의 실시예 2에 의한 바이오황 입상화 방법의 모식도를 나타낸다.
도 4는 120℃에서 30분 건조한 입상 바이오황 및 상온에서 96시간 건조한 입상 바이오황의 사진을 나타낸다.
도 5는 혼합비율별 입상 바이오황을 나타내는 사진으로, (ㄱ)은 몬모릴로나이트 25% : 카올리나이트 75%, (ㄴ)은 몬모릴로나이트 33.3% : 카올리나이트 66.6%를 혼합하여 제조한 입상 바이오황을 나타낸다.
도 6은 몬모릴로나이트:카올리나이트 비율을 33.3%:66.6%로 하여 제조한 바이오황 입제 5g을 4~24시간 단위로 초순수 25mL로 갈아주면서 측정한 pH 변화를 나타낸다.
도 7은 몬모릴로나이트:카올리나이트 비율을 25%:75%로 하여 제조한 바이오황 입제 5g을 4~24시간 단위로 초순수 25mL로 갈아주면서 측정한 pH 변화를 나타낸다.
도 8은 몬모릴로나이트:카올리나이트 비율을 33.3%:66.6%로 하여 제조한 바이오황 입제 5g을 4~24시간 단위로 초순수 25mL로 갈아주면서 측정한 EC 변화를 나타낸다.
도 9는 몬모릴로나이트:카올리나이트 비율을 25%:75%로 하여 제조한 바이오황 입제 5g을 4~24시간 단위로 초순수 25mL로 갈아주면서 측정한 EC 변화를 나타낸다.
도 10은 입상 바이오황의 혼합비율별 시간에 따른 수용액 내 붕괴도를 측정한 결과를 나타낸다.
도 11은 120℃에서 3시간 동안 몬모릴로나이트 100%를 사용한 경우 5시간 경과한 입상 바이오황 및 180℃에서 3시간 동안 몬모릴로나이트 : 카올리나이트를 1 :2 로 혼합하여 사용한 경우 2주 경과한 입상 바이오황의 사진을 나타낸다.
도 12는 몬모릴로나이트:카올리나이트 비율을 33.3%:66.6%로 하여 제조한 바이오황 입제 5g을 4~24시간 단위로 초순수 25mL로 갈아주면서 측정한 황 용출량을 나타낸다.
도 13은 몬모릴로나이트:카올리나이트 비율을 25%:75%로 하여 제조한 바이오황 입제 5g을 4~24시간 단위로 초순수 25mL로 갈아주면서 측정한 황 용출량을 나타낸다.
도 14는 몬모릴로나이트 33.3%:카올리나이트 66.6% 의 X선 회절분석 결과를 나타낸다.
도 15는 몬모릴로나이트 25%:카올리나이트 75% 의 X선 회절분석 결과를 나타낸다.
도 16은 카올리나이트, 몬모릴로나이트 및 본 발명의 제조방법에 의해 제조된 입상 바이오황의 구조를 나타낸 모식도이다.
Figure 1 shows electron micrographs of organic and inorganic sulfur. (a) is organic turmeric, (b) is inorganic turmeric.
Figure 2 shows the production process of biosulfur by microbial method.
Figure 3 shows a schematic diagram of the biosulfur granulation method according to Example 2 of the present invention.
Figure 4 shows photographs of granular biosulfur dried at 120°C for 30 minutes and granular biosulfur dried at room temperature for 96 hours.
Figure 5 is a photograph showing granular biosulfur by mixing ratio, (a) shows granular biosulfur produced by mixing 25% montmorillonite: 75% kaolinite, and (b) shows granular biosulfur produced by mixing 33.3% montmorillonite: 66.6% kaolinite.
Figure 6 shows the pH change measured while replacing 5 g of biosulfur granules prepared with a montmorillonite:kaolinite ratio of 33.3%:66.6% with 25 mL of ultrapure water every 4 to 24 hours.
Figure 7 shows the pH change measured while replacing 5 g of biosulfur granules prepared with a montmorillonite:kaolinite ratio of 25%:75% with 25 mL of ultrapure water every 4 to 24 hours.
Figure 8 shows the EC change measured by changing 5 g of biosulfur granules prepared with a montmorillonite:kaolinite ratio of 33.3%:66.6% into 25 mL of ultrapure water every 4 to 24 hours.
Figure 9 shows the EC change measured by changing 5 g of biosulfur granules prepared with a montmorillonite:kaolinite ratio of 25%:75% into 25 mL of ultrapure water every 4 to 24 hours.
Figure 10 shows the results of measuring the degree of disintegration of granular biosulfur in aqueous solution over time for each mixing ratio.
Figure 11 is a photograph of granular biosulfur after 5 hours when 100% montmorillonite was used at 120°C for 3 hours, and granular biosulfur after 2 weeks when a mixture of montmorillonite and kaolinite was used at 180°C for 3 hours at a ratio of 1:2. indicates.
Figure 12 shows the amount of sulfur elution measured by changing 5 g of biosulfur granules prepared with a montmorillonite:kaolinite ratio of 33.3%:66.6% into 25 mL of ultrapure water every 4 to 24 hours.
Figure 13 shows the amount of sulfur elution measured by changing 5 g of biosulfur granules prepared with a montmorillonite:kaolinite ratio of 25%:75% into 25 mL of ultrapure water every 4 to 24 hours.
Figure 14 shows the results of X-ray diffraction analysis of 33.3% montmorillonite:66.6% kaolinite.
Figure 15 shows the results of X-ray diffraction analysis of 25% montmorillonite:75% kaolinite.
Figure 16 is a schematic diagram showing the structures of kaolinite, montmorillonite, and granular biosulfur produced by the production method of the present invention.

다른 식으로 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 기술적 및 과학적 용어들은 그 기술분야에서 통상의 지식을 가진 전문가에게 통상적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 또한, 본 명세서에서 명시된 실험 과정은 특별히 설명되지 않는 이상 그 기술분야에서 통상적으로 수행되는 실험과정과 동일하다. Unless otherwise defined, technical and scientific terms used in this specification have the same meaning as commonly understood by an expert in the art. In addition, the experimental procedures specified in this specification are the same as those commonly performed in the technical field, unless specifically described.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명은 물에 대한 안정성을 조절할 수 있으며, 완효성 황비료를 제공할 수 있는 바이오황의 입상화 방법을 제공한다. The present invention provides a method for granulating biosulfur that can control stability in water and provide slow-release sulfur fertilizer.

본 발명의 일 실시예에 따른 바이오황의 입상화 방법은 The granulation method of biosulfur according to an embodiment of the present invention is

1) 액상 바이오황을 무기접착제와 혼합하여 반죽을 만드는 단계;1) Mixing liquid biosulfur with an inorganic adhesive to make dough;

2) 상기 반죽을 사출하는 단계; 및2) Injecting the dough; and

3) 상기 사출물을 건조하는 단계를 포함하며, 3) It includes the step of drying the injection molded product,

상기 무기접착제는 비료로 사용할 수 있는 것을 특징으로 하는 바이오황의 입상화 방법을 제공한다. The inorganic adhesive provides a method for granulating biosulfur, which can be used as a fertilizer.

본 발명의 바이오황은 미생물이 만든 유기태황을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 박테리아(Thiobacillus spp)를 사용하여 제조하는 것일 수 있다. The biosulfur of the present invention can use organic sulfur produced by microorganisms, and may preferably be produced using bacteria ( Thiobacillus spp ).

상기 유기태황은 질소원 또는 산소원을 갖는 것으로 약알칼리성 및 친수성이어서 다른 약제와 혼용이 가능하다. 또한, 유기태황은 사슬 구조로 입자크기가 1 ~ 4㎛로 작아 10㎛정도 크기의 곰팡이에 흡착이 잘 되어 살진균력이 우수하다. The organic sulfur has a nitrogen source or an oxygen source and is slightly alkaline and hydrophilic, so it can be mixed with other drugs. In addition, organic turmeric has a chain structure and a small particle size of 1 to 4㎛, so it is easily absorbed by mold of about 10㎛ and has excellent fungicidal power.

유기태황과 달리 무기태황(일반황, 석유황)은 석회, 유황의 합제를 주로 사용하며 화학적 공정으로 제조된다. 강알칼리성으로 가성 소다로 녹여 사용하며 다른 약제와의 혼용이 제한적이다. 또한, 무기태황은 뭉쳐진 크리스탈 구조로 입자크기가 400 ~ 600 ㎛로 큰 입자를 갖는다. 도 1은 유기태황 및 무기태황의 전자현미경 사진을 나타낸다.Unlike organic sulfur, inorganic sulfur (normal sulfur, petroleum sulfur) mainly uses a mixture of lime and sulfur and is manufactured through a chemical process. Because it is strongly alkaline, it is used by dissolving it in caustic soda, and its mixing with other drugs is limited. In addition, inorganic sulfur has a large particle size of 400 to 600 ㎛ with an agglomerated crystal structure. Figure 1 shows electron micrographs of organic and inorganic sulfur.

본 발명의 바이오황은 소각시 발생하는 황화수소를 미생물 대사작용에 의해 황으로 전환하여 생산하는 것으로, 도 2는 이러한 미생물 공법에 의한 바이오황의 생산 공정을 나타낸다. 혼합천연가스를 가스 세정기에 투입하고 알카라인 용액을 사용하여 황화수소(H2S)를 흡수하도록 하여 정제된 가스를 배출한다. 이때 황화수소를 흡수한 알카라인 용액의 침전물을 생물 반응기에 투입하여 공기를 주입함으로써 산화 및 미생물 활동이 활발하게 일어나도록 한 후 유황처리기에서 바이오황을 분리하여 바이오황을 얻을 수 있다. The biosulfur of the present invention is produced by converting hydrogen sulfide generated during incineration into sulfur through microbial metabolism, and Figure 2 shows the production process of biosulfur by this microbial method. Mixed natural gas is put into a gas scrubber, and hydrogen sulfide (H 2 S) is absorbed using an alkaline solution, and purified gas is discharged. At this time, the precipitate of the alkaline solution that absorbed hydrogen sulfide is put into a bioreactor and air is injected to actively promote oxidation and microbial activity, and then biosulfur can be obtained by separating the biosulfur in a sulfur processor.

본 발명의 무기접착제는 점토광물 또는 결정성광물일 수 있으며, 바람직하게는 점토광물일 수 있고, 더욱 바람직하게는 1:1 층형 구조를 갖는 점토광물 또는 2:1 층형 구조를 갖는 점토광물 또는 이들의 혼합물일 수 있다. The inorganic adhesive of the present invention may be a clay mineral or a crystalline mineral, preferably a clay mineral, and more preferably a clay mineral with a 1:1 layered structure or a clay mineral with a 2:1 layered structure or these. It may be a mixture of

상기 점토광물 또는 결정성광물은 몬모릴로나이트, 벤토나이트, 카올리나이트, 제올라이트로 구성되는 군으로부터 선택되는 적어도 1종 이상일 수 있으며, 바람직하게는 몬모릴로나이트 또는 카올리나이트, 더욱 바람직하게는 몬모릴로나이트와 카올리나이트의 혼합일 수 있다. The clay mineral or crystalline mineral may be at least one selected from the group consisting of montmorillonite, bentonite, kaolinite, and zeolite, and is preferably montmorillonite or kaolinite, more preferably a mixture of montmorillonite and kaolinite.

상기 몬모릴로나이트는 단사정계의 광물로 점토광물의 일종으로, 굳기 1 ~ 1.5, 비중 2 ~ 1.5, 백색, 회색, 담홍색, 청색, 녹색을 띄며, 수분을 흡수하여 7 ~ 10배 부피가 증가하는 성질이 있으며, 이온 교환성이 높고, 150% ~ 500%의 함수량에서 잠착력이 있고, 내부마찰저항이 작은 특징을 가지며, 알루미늄이 풍부한 광물이나 암석의 변질로 생성되고, 화학성분은 (Al, Mg)2Si4O10(OH)24H2O이다.The montmorillonite is a monoclinic mineral and a type of clay mineral. It has a hardness of 1 to 1.5, a specific gravity of 2 to 1.5, is white, gray, pink, blue, and green, and has the property of absorbing moisture to increase its volume by 7 to 10 times. It has high ion exchangeability, has adhesion at a water content of 150% to 500%, and has low internal friction resistance. It is produced by deterioration of aluminum-rich minerals or rocks, and its chemical composition is (Al, Mg). 2 Si 4 O 10 (OH) 2 4H 2 O.

상기 벤토나이트는 운모와 같은 결정구조를 하는 단사정계에 속하는 광물인 몬모릴로나이트가 주로 들어있는 점토로서, 빛깔은 백색, 회색, 담갈색, 담녹색 등을 나타내며, 주물형의 결합제, 요업원료의 혼입제, 연고의 기초제 등 다양한 분야에 사용되고, 석영, 장석(長石), 제올라이트 등을 포함한 것이 많으며, 물을 흡착하여 팽윤하고, 양이온 교환성이 뚜렷한 것 등 몬모릴로나이트의 성질과 흡사하다.The bentonite is a clay that mainly contains montmorillonite, a monoclinic mineral with a mica-like crystal structure, and has colors such as white, gray, light brown, and light green, and is used as a binder for castings, an additive for ceramic raw materials, and ointments. It is used in various fields such as base materials, and many contain quartz, feldspar, zeolite, etc., and its properties are similar to those of montmorillonite, such as adsorbing water to swell and having clear cation exchange properties.

상기 카올리나이트는 카올린광물군의 일종으로 화학식은 [Al2Si2O5(OH)4]이다. 규산4면체판과 알루미늄8체판이 1 : 1로 결합된 것이며, 육각판상의 형태를 이룬다. 카올리나이트는 열수작용에 의해 생성되는 것 외에, 풍화작용에 의해 장석 등의 1차 광물 또는 2 : 1형 점토광물로부터 만들어지며, 토양이나 퇴적물 중에 널리 분포하고 있다. 특히 열대지역의 심하게 풍화된 토양에서 점토의 주종을 이룬다. 우리나라 토양의 대표적인 점토광물이다.The kaolinite is a type of kaolin mineral group and its chemical formula is [Al 2 Si 2 O 5 (OH) 4 ]. It is a 1:1 combination of silicate tetrahedral plate and aluminum octahedral plate, forming a hexagonal plate shape. In addition to being produced by hydrothermal action, kaolinite is made from primary minerals such as feldspar or 2:1 type clay minerals through weathering, and is widely distributed in soil and sediments. In particular, it forms the predominant type of clay in heavily weathered soils in tropical regions. It is a representative clay mineral in Korean soil.

상기 제올라이트는 알칼리 및 알칼리토금속의 규산알루미늄 수화물인 광물을 총칭으로서 색깔은 무색 투명하거나 백색 반투명하고, 비석이라고도 하며, 종류는 많으나 함수량이 많은 점, 결정의 성질, 산상 등에 공통성이 있다. 굳기는 6을 넘지 않으며, 비중은 약 2.2이고, 주요한 종류로서 방비석, 어안석, 캐버자이트, 소다비석, 휼란다이트, 스틸바이트, 로몬타이트, 이네사이트 등이 있고, 현무암이나 휘록응회암 등 염기성 화성암의 공동(空洞) 속이나 열극에서 산출되며, 때로는 화강암, 편마암 중에 2차 광물로서 존재한다. 또한, 금광맥 그 밖의 광맥 중에 산출되는 경우도 있고, 결정구조적으로 각 원자의 결합이 느슨하여, 그 사이를 채우고 있는 수분을 고열로 방출시켜도 골격은 그대로 있으므로 다른 미립물질을 흡착할 수가 있는 성질을 이용해서 흡착제로 사용하며, 크기가 다른 미립물질을 분리시키는 분자체로도 사용된다.The zeolite is a general term for minerals that are hydrates of aluminum silicate of alkali and alkaline earth metals. They are colorless and transparent or white translucent, and are also called zeolites. There are many types, but they have common characteristics such as high water content, crystalline properties, and acid phase. The hardness does not exceed 6, the specific gravity is about 2.2, and the main types include argillite, fisheye, chabazite, soda arsenite, helandite, stilbite, lomontite, and inesite, and basic igneous rocks such as basalt and pyroxene tuff. It is produced in cavities or fractures, and sometimes exists as a secondary mineral in granite and gneiss. In addition, it may be found in gold ore veins and other veins. In terms of the crystal structure, the bonds between each atom are loose, so even if the moisture filling the space is released with high heat, the skeleton remains intact, so it has the property of adsorbing other fine particles. It is used as an adsorbent and also as a molecular sieve to separate fine particles of different sizes.

상기 몬모릴로나이트와 카올리나이트의 혼합은 중량부 1:1 내지 중량부 1:3의 비율일 수 있으며, 바람직하게는 중량부 1:2일 수 있다. The mixing ratio of the montmorillonite and kaolinite may be 1:1 to 1:3 parts by weight, and preferably 1:2 parts by weight.

본 발명의 사출은 몰드에 원재료를 주입하여 물품을 형성하는 일체의 성형방법을 의미할 수 있다. 일반적으로 통용되는 사출 성형기가 모두 사용될 수 있으며, 바람직하게는 성형틀 또는 주사기를 이용한 사출일 수 있다. 상기 성형틀은 알루미늄 트레이일 수 있다. Injection of the present invention may refer to any molding method that forms an article by injecting raw materials into a mold. Any commonly used injection molding machine can be used, and injection using a mold or syringe is preferred. The mold may be an aluminum tray.

본 발명의 건조는 동결건조가 아닌 통상의 건조방법에 의할 수 있으며, 바람직하게는 풍건 또는 건조기를 통한 건조일 수 있다. Drying in the present invention can be done by a normal drying method rather than freeze-drying, and preferably by air drying or drying using a dryer.

상기 건조시간은 30분 ~ 24시간, 바람직하게는 1시간 ~ 5시간, 가장 바람직하게는 1시간일 수 있으며, 건조시간이 상기 범위를 벗어나는 경우에 너무 짧은 시간은 입상이 쉽게 부서지고, 구조 안의 황이 불안정할 수 있으며, 너무 긴 시간은 제조 시 시간이 오래 걸리고 비용이 많이 든다는 점에서 문제가 될 수 있다. The drying time may be 30 minutes to 24 hours, preferably 1 hour to 5 hours, and most preferably 1 hour. If the drying time is outside the above range, if the drying time is too short, the granules will easily break and the structure may be damaged. Sulfur can be unstable, and too long a time can be problematic in that manufacturing takes a long time and is expensive.

또한 상기 건조온도는 50℃ ~ 350℃, 바람직하게는 120℃ ~ 180 ℃, 가장 바람직하게는 180℃일 수 있으며, 건조온도가 상기 범위를 벗어나는 경우에 너무 낮은 온도는 경도가 낮고 물에 대한 안정성이 낮으며, 350℃를 초과하는 경우에는 황 결합이 파괴되어 황이 점토광물의 구조 안이나 표면에 흡착 및 안정화 되지 못하고 증발할 수 있는 점에서 문제가 될 수 있다. In addition, the drying temperature may be 50°C to 350°C, preferably 120°C to 180°C, and most preferably 180°C. If the drying temperature is outside the above range, too low a temperature may result in low hardness and stability against water. This is low, and if it exceeds 350°C, it can be problematic in that sulfur bonds are broken and sulfur cannot be adsorbed or stabilized in the structure or surface of the clay mineral and may evaporate.

본 발명의 구체적인 실시 양태는 입상 바이오황 합성에 사용된 두 점토광물 몬모릴로나이트(MMT; montmorillonite)와 카올리나이트(Kao; kaolinite)를 100:0, 75:25, 50:50, 33.3:66.6, 25:75 wt%의 비율로 바이오황 원료와 혼합하여 열처리를 진행하였다. 이렇게 입상화한 바이오황의 이화학적 특성 분석을 위해 바이오황의 경도, 수용액 내 안정성, pH 및 전기전도도 (EC; electrical conductivity)를 측정하였고, 수용액 내 황 용출량 측정을 위한 유도 결합 플라스마 분석 (ICP; Inductively Coupled Plasma Analysis), 황 함량 측정을 위한 원소 분석 (EA; Elemental Analyzer)을 통해 입상 바이오황이 비료로서 효과를 확인하였다. 또한 입상 바이오황의 결정상을 알아보기 위해 X선 회절 분석기(XRD; X-ray Diffractometer)를 실시하였다.A specific embodiment of the present invention is to mix the two clay minerals montmorillonite (MMT; montmorillonite) and kaolinite (Kao; kaolinite) used in the synthesis of granular biosulfur at 100:0, 75:25, 50:50, 33.3:66.6, 25:75. It was mixed with biosulfur raw materials at a wt% ratio and heat treated. To analyze the physicochemical properties of the granulated biosulfur, the hardness, stability in aqueous solution, pH, and electrical conductivity (EC) of the biosulfur were measured, and inductively coupled plasma analysis (ICP) was used to measure the amount of sulfur dissolved in the aqueous solution. The effectiveness of granular biosulfur as a fertilizer was confirmed through plasma analysis (EA) and elemental analysis (EA) to measure sulfur content. Additionally, an X-ray diffractometer (XRD) was performed to determine the crystalline phase of granular biosulfur.

입상 바이오황의 이화학성을 측정한 결과, 액상 바이오황에 비해 pH가 소폭 증가하여 알칼리도는 높아지고, EC는 40~50%정도 감소하였다. EC의 경우 입상 바이오황 합성 중 열처리 과정에서 황성분이 입상 구조 내에서 안정화된 것으로 추측하였다. As a result of measuring the physicochemical properties of granular biosulfur, compared to liquid biosulfur, pH slightly increased, alkalinity increased, and EC decreased by about 40-50%. In the case of EC, it was assumed that the sulfur component was stabilized within the granular structure during the heat treatment process during granular biosulfur synthesis.

평균 경도와 수용액 내 붕괴도 측정에서는 카올리나이트 함량이 많아질수록 평균 경도가 증가하였고, 수용액 내에서 입상 바이오황의 형태가 장기간 유지됨을 확인하였다. 이를 통해 수용액 내 안정성 및 경도 향상을 위해 첨가한 카올리나이트의 효과를 확인할 수 있었다. In measuring the average hardness and disintegration in aqueous solution, the average hardness increased as the kaolinite content increased, and it was confirmed that the form of granular biosulfur was maintained for a long period of time in the aqueous solution. Through this, the effect of kaolinite added to improve stability and hardness in aqueous solution was confirmed.

토양 내에서 입상 바이오황의 변화 양상을 보기 위해 시간에 따른 EC를 측정한 결과, pH는 시간에 따른 차이가 거의 없었지만, EC는 급격하게 감소하다가 시간이 지난 후에는 일정량을 유지하는 것을 확인할 수 있었다. 이는 입상 바이오황의 무기 염류 성분이 시간이 지남에 따라 일정하게 용출됨을 의미한다. As a result of measuring EC over time to see the change pattern of granular biosulfur in the soil, it was confirmed that there was little difference in pH over time, but EC decreased rapidly and maintained a certain amount over time. This means that the inorganic salt components of granular biosulfur are eluted consistently over time.

입상 바이오황의 특성을 파악하기 위해 ICP, XRD, EA 분석한 결과, 시간에 따른 황 용출량이 EC와 비슷한 그래프 양상을 가짐을 알 수 있었고, 이는 입상 바이오황의 황 성분이 시간이 지남에 따라 용출됨을 의미한다. As a result of ICP, do.

입상 바이오황의 구조적 특징을 알아보기 위해 XRD 분석한 결과, 액상 바이오황과의 XRD pattern을 비교해 보았을 때, 바이오황의 구조적 특성을 나타내는 peak들의 위치가 입상 바이오황와 동일함을 확인하였고, 층간 거리를 나타내는 basal spacing도 일치하였다. 또한 입상 바이오황의 XRD pattern에서 카올리나이트와 몬모릴로나이트의 층간 간격을 나타내는 peak가 관찰되었다. 다만 몬모릴로나이트의 경우 peak의 intensity가 카올리나이트보다 낮은 경향을 보였다. As a result of XRD analysis to determine the structural characteristics of granular biosulfur, when comparing the The spacing also matched. Additionally, a peak representing the interlayer spacing between kaolinite and montmorillonite was observed in the XRD pattern of granular biosulfur. However, in the case of montmorillonite, the peak intensity tended to be lower than that of kaolinite.

입상 바이오황의 황 함량을 알아보기 위해 EA 분석한 결과, 황 함량은 약 45~47%의 범위를 가졌고, 입상 바이오황 제조 시 사용된 황 함량인 45±3%와 비슷한 값을 나타내었다. 이를 통해 입상 바이오황 제조 공정상에 황의 손실은 거의 없음을 확인하였다. As a result of EA analysis to determine the sulfur content of granular biosulfur, the sulfur content ranged from about 45 to 47%, a similar value to the sulfur content of 45 ± 3% used in manufacturing granular biosulfur. Through this, it was confirmed that there was almost no loss of sulfur during the granular biosulfur manufacturing process.

따라서, 본 발명의 바이오황을 속효성 비료로 사용하기 위해서는 몬모릴로나이트의 비율을 높이고, 완효성 비료로 사용하기 위해서는 몬모릴로나이트:카올리나이트 비율을 중량부 1:2 또는 중량부 1:3으로 사용하면 황비료로서 안정적으로 사용이 가능함을 확인하였다. Therefore, in order to use the biosulfur of the present invention as a fast-acting fertilizer, the ratio of montmorillonite must be increased, and to use it as a slow-acting fertilizer, the montmorillonite:kaolinite ratio is used at a ratio of 1:2 or 1:3 by weight, so that it can be stably used as a sulfur fertilizer. It was confirmed that it can be used.

이하, 본 발명은 하기 실시예 및 실험예에 의해 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be explained in detail through the following examples and experimental examples.

단, 하기 실시예 및 실험예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예 및 실험예에 한정되는 것은 아니다. However, the following examples and experimental examples only illustrate the present invention, and the content of the present invention is not limited to the following examples and experimental examples.

<실시예 1> 입상 바이오황의 제조<Example 1> Production of granular biosulfur

본 발명의 입상 바이오황 제조에 있어서 사용한 바이오황은 ㈜에코바이오홀딩스에서 생산한 바이오황 원료를 사용하였다. 바이오황은 끈적끈적한 현탁액 상태이므로, 시간이 지남에 따라 입자가 가라앉아 굳는 것을 방지하기 위해 실험 전에 완전히 저어준 후에 사용하였다. 액상 바이오황의 이화학적 특징은 하기의 표 1에 나타내었다.The biosulfur used in the production of granular biosulfur of the present invention was a biosulfur raw material produced by Ecobio Holdings Co., Ltd. Since biosulfur is in a sticky suspension state, it was stirred thoroughly before use before the experiment to prevent the particles from settling and hardening over time. The physicochemical characteristics of liquid biosulfur are shown in Table 1 below.

공시재료Disclosure material pHpH EC
(dS·m-1)
EC
(dS·m -1 )
바이오황bio sulfur 8.608.60 63.1563.15

pH와 EC는 바이오황 원액을 1:5 (v/v)로 증류수와 혼합, 30분 진탕 후 각각 pH meter와 EC meter로 측정하였다. 바이오황은 45±3%의 황을 함유하고 있으며, pH는 8.60이고, EC는 63.15 dSm-1 임을 확인 하였다. pH and EC were measured by mixing the biosulfur stock solution with distilled water at a ratio of 1:5 (v/v) and shaking for 30 minutes using a pH meter and EC meter, respectively. It was confirmed that biosulfur contains 45±3% sulfur, pH is 8.60, and EC is 63.15 dSm -1 .

바이오황의 입상화를 위해 사용된 두 점토광물 몬모릴로나이트와 카올리나이트를 100:0, 75:25, 50:50, 33.3:66.6, 25:75(wt%) 혼합물 30g을 기준으로 하여 적정량의 액상 바이오황과 혼합하였다. 액상 바이오황의 양은 소성 정도를 고려하여 샘플마다 양을 달리하여 혼합하였다. 입상체 제조를 위해 혼합물을 60mL Syringe에 넣은 후, 알루미늄 트레이에 사출하였고, 180℃ 1시간 동안 회화로의 열처리를 진행하였다. 도 3은 바이오황의 입상화 방법을 나타낸 모식도이다.An appropriate amount of liquid biosulfur and Mixed. The amount of liquid biosulfur was mixed for each sample in consideration of the degree of calcination. To manufacture granules, the mixture was placed in a 60mL syringe, then injected into an aluminum tray, and heat treated in a furnace at 180°C for 1 hour. Figure 3 is a schematic diagram showing the granulation method of biosulfur.

1-1. 광물별 소성한계에 따른 바이오황 혼합 반죽 정도 측정1-1. Measuring the degree of bio-sulfur mixture dough according to the plasticity limit of each mineral

각 무기접착제 15g에 액체 바이오황을 1mL씩 넣어주면서 반죽하기에 적절한 바이오황의 양을 측정하였다. By adding 1 mL of liquid bio-sulfur to 15 g of each inorganic adhesive, the amount of bio-sulfur appropriate for kneading was measured.

하기의 표 2는 그 결과를 나타낸다. Table 2 below shows the results.

점토광물(15g)Clay mineral (15g) Sulfur(mL)Sulfur (mL) 반죽정도About the dough KaoliniteKaolinite 2727 뻑뻑함Stiff 2828 적당함suitable 2929 물기가 많음very watery MontmorilloniteMontmorillonite 3131 뻑뻑함Stiff 3434 적당함suitable ZeoliteZeolite 2828 뻑뻑함Stiff

측정 결과, 무기접착제의 소성한계 내에서 반죽에 필요한 바이오황의 적정 투입량이 다른 것으로 나타났다. 따라서 카올리나이트 15g에 액체 바이오황 28mL를 혼합한 경우와 몬모릴로나이트 15g에 액체 바이오황 34mL를 혼합하는 것이 반죽에 필요한 적정 투입량임을 확인하였다. The measurement results showed that the appropriate amount of biosulfur required for dough was different within the plasticity limit of the inorganic adhesive. Therefore, it was confirmed that mixing 15 g of kaolinite with 28 mL of liquid biosulfur and mixing 15 g of montmorillonite with 34 mL of liquid biosulfur were the appropriate amounts needed for the dough.

1-2. 광물 조건1-2. mineral conditions

본 발명의 광물 혼합비율을 결정하기 위해 몬모릴로나이트와 카올리나이트를 각각 중량부 1:0, 3:1, 1:1 및 1:3으로 혼합하여 pH 및 EC를 측정하였다. To determine the mineral mixing ratio of the present invention, montmorillonite and kaolinite were mixed in weight parts of 1:0, 3:1, 1:1, and 1:3, respectively, and pH and EC were measured.

하기의 표3은 그 결과를 나타낸다. Table 3 below shows the results.

MMT : Kao (4g)MMT: Kao (4g) MMT(g)MMT(g) Kao(g)Kao(g) pHpH EC(μS/cm)EC (μS/cm) 1:01:0 44 00 8.478.47 2091.52091.5 3:13:1 33 1One 7.327.32 2449.52449.5 1:11:1 22 22 7.897.89 15841584 1:31:3 1One 33 7.577.57 559559

pH는 5이하의 강산이거나 11이상의 강염기인 경우에 양분의 흡수 등의 문제가 있을 수 있으므로 중성에 가까운 것이 좋으며, 전기전도도(EC)가 높으면 이온량이 많은 것을 나타내므로 빠르게 EC가 클수록 빠르게 용출됨을 의미한다. If the pH is a strong acid below 5 or a strong base above 11, it is better to have it close to neutral as there may be problems with nutrient absorption. A high electrical conductivity (EC) indicates a large amount of ions, so the higher the EC, the faster it dissolves. do.

이러한 결과는 원료인 몬모릴로나이트 및 카올리나이트의 특성으로, pH가 중성에 가까우며 EC가 2ds/m 이하나 그 부근인 것으로 보아 입상 제조 시 원료로 이용하기에 적합함을 확인하였다. These results are due to the characteristics of the raw materials, montmorillonite and kaolinite, and confirm that the pH is close to neutral and the EC is below or near 2ds/m, making it suitable for use as a raw material in the manufacture of granules.

1-3. 몬모릴로나이트의 건조온도와 건조시간에 따른 안정성 비교1-3. Comparison of stability according to drying temperature and drying time of montmorillonite

본 발명의 몬모릴로나이트의 안정성을 확인하기 위해 건조온도를 120℃ 및 상온으로하고, 건조시간을 30분, 5시간, 96시간으로 하여 pH값을 측정하였다. 하기의 표 4는 그 결과를 나타낸다. To confirm the stability of the montmorillonite of the present invention, the drying temperature was set to 120°C and room temperature, and the pH value was measured at drying times of 30 minutes, 5 hours, and 96 hours. Table 4 below shows the results.

점토광물clay mineral Sulfur(mL)Sulfur (mL) 건조온도drying temperature 건조시간drying time pHpH MontmorilloniteMontmorillonite 3434 120 ℃120℃ 30 분30 minutes 10.4610.46 3434 120 ℃120℃ 5 시간5 hours 10.3410.34 3434 상온(25 ℃)Room temperature (25℃) 96 시간96 hours 10.3610.36

도 4는 120℃에서 30분 건조한 몬모릴로나이트 및 상온에서 96시간 건조한 몬모릴로나이트 시료의 사진을 나타낸다. 상온 건조 시료는 경도가 매우 낮아 물에 넣었을 때 바로 붕괴되어 일정 온도 이상의 열이 가해져야 입제로써 사용 가능함을 확인하였으며, 120℃ 건조시료는 수용액 내 안정성이 다소 부족하여 카올리나이트와 혼합하는 것으로 결정하였다.Figure 4 shows photographs of montmorillonite samples dried at 120°C for 30 minutes and montmorillonite samples dried at room temperature for 96 hours. It was confirmed that the room temperature dried sample had very low hardness and collapsed immediately when placed in water, so it could be used as a granule only when heat above a certain temperature was applied. The 120°C dried sample was somewhat lacking in stability in aqueous solution, so it was decided to mix it with kaolinite.

1-4. 몬모릴로나이트와 카올리나이트의 혼합 실험1-4. Mixing experiment of montmorillonite and kaolinite

몬모릴로나이트와 카올리나이트를 혼합하는 것으로 결정한 후, 그 혼합 비율을 결정하기 위해 몬모릴로나이트 : 카올리나이트 비율을 중량부 1:0. 3:1, 1:1, 1:3으로 하여 120℃에서 1시간, 3시간 동안 건조하여 pH 및 EC를 측정하였다. 하기의 표 5는 120℃에서 1시간 동안 건조한 결과, 표 6은 120℃에서 3시간 동안 건조한 결과를 나타낸다. After deciding to mix montmorillonite and kaolinite, to determine the mixing ratio, the montmorillonite:kaolinite ratio was 1:0 by weight. The ratios of 3:1, 1:1, and 1:3 were dried at 120°C for 1 hour and 3 hours, respectively, and pH and EC were measured. Table 5 below shows the results of drying at 120°C for 1 hour, and Table 6 shows the results of drying at 120°C for 3 hours.

MMT : Kao (28g)MMT: Kao (28g) MMT(g)MMT(g) Kao(g)Kao(g) Sulfur(ml)Sulfur (ml) pHpH EC(mS)EC(mS) 1:01:0 2828 00 6262 10.5110.51 3333 3:13:1 2121 77 5656 10.5610.56 3333 1:11:1 1414 1414 6060 10.5710.57 3838 1:31:3 77 2121 5656 10.4610.46 30.530.5

MMT : Kao (40g)MMT: Kao (40g) MMT(g)MMT(g) Kao(g)Kao(g) Sulfur(ml)Sulfur (ml) pHpH EC(mS)EC(mS) 1:01:0 4040 00 6969 10.2010.20 22.522.5 3:13:1 3030 1010 6767 10.3010.30 29.529.5 1:11:1 2020 2020 6464 10.3010.30 27.527.5 1:31:3 1010 3030 6363 10.3910.39 35.535.5

측정 결과, 몬모릴로나이트와 카올리나이트의 혼합 비율에 따라 1시간과 3시간에서 pH 및 EC는 큰 차이가 없는 것으로 나타났다. 따라서, 공정상 효율 측면에서 3시간 보다는 1시간이 더 우수하다는 것을 확인하였다. The measurement results showed that there was no significant difference in pH and EC at 1 hour and 3 hours depending on the mixing ratio of montmorillonite and kaolinite. Therefore, it was confirmed that 1 hour was better than 3 hours in terms of process efficiency.

1-5. 무기접착제 비율 및 건조 조건의 결정1-5. Determination of inorganic adhesive ratio and drying conditions

입상 바이오황 제조에 있어서 무기접착제 비율을 결정하기 위해 몬모릴로나이트 : 카올리나이트의 비율을 100:0, 50:50, 25:75, 75:25로 하여 건조 온도를 120℃, 350℃로 하여 3시간 동안 건조하여 제조된 입상의 특성으로서 물에 대한 안정성, pH 및 EC를 측정하였다. 하기의 표 7은 무기 접착제 비율 및 건조조건에 따른 입상의 특성을 나타낸다. To determine the ratio of inorganic adhesive in the production of granular biosulfur, the ratio of montmorillonite:kaolinite was set to 100:0, 50:50, 25:75, and 75:25, and the drying temperature was set to 120℃ and 350℃ for 3 hours. Stability in water, pH, and EC were measured as characteristics of the manufactured particles. Table 7 below shows the granular characteristics according to the inorganic adhesive ratio and drying conditions.

무기접착제 비율(wt%)
(몬모릴로나이트 : 카올리나이트)
Inorganic adhesive ratio (wt%)
(Montmorillonite: Kaolinite)
건조시간
및 온도
drying time
and temperature
물에 대한 안정성stability in water pH
(1:5)
pH
(1:5)
EC
(dS/m)
EC
(dS/m)
100 : 0100:0 120℃, 3시간120℃, 3 hours 중간middle 10.210.2 4.54.5 350℃, 3시간350℃, 3 hours 낮음lowness 4.5
(부적합)
4.5
(incongruity)
8.18.1
50 : 50 50:50 120℃, 3시간120℃, 3 hours 중간middle 10.510.5 25 : 7525:75 10.410.4 6.16.1 75 : 2575:25 10.310.3 6.66.6

그 결과, 350℃로 가열하였을 때, pH가 4.5 정도로 매우 낮아지는 것으로 나타났다. 이는 온도가 올라감에 따라 사슬 형태의 황 결합이 끊어져서 H2SO4 형태의 황산으로 변한 것으로 판단된다. 따라서, 350℃ 정도의 온도로 가열할 경우 원재료인 황이 소실되기 때문에 적정온도를 유지하는 것이 중요하며, 120℃ 부근에서 황의 결합이 끊어지기 시작하기 때문에 그 부근이 황을 입상에 결합하기 위한 적정 온도인 것을 확인하였다. As a result, when heated to 350°C, the pH was found to be very low to about 4.5. It is believed that as the temperature rises, the sulfur bonds in the chain are broken and it changes into sulfuric acid in the form of H 2 SO 4 . Therefore, it is important to maintain an appropriate temperature because sulfur, which is a raw material, is lost when heated to a temperature of about 350℃. Since the bonds of sulfur begin to break around 120℃, the appropriate temperature for bonding sulfur to the particles is around 120℃. It was confirmed that it was.

몬모릴로나이트 (MMT) 25% : 카올리나이트 (Kao) 75%, 몬모릴로나이트 (MMT) 33.3% : 카올리나이트 (Kao) 66.6% 로 하여 제조한 입상 바이오황을 도 5에 나타내었다.Granular biosulfur prepared with 25% montmorillonite (MMT): 75% kaolinite (Kao), 33.3% montmorillonite (MMT): 66.6% kaolinite (Kao) is shown in Figure 5.

<실시예 2> 몬모릴로나이트와 카올리나이트에 다른 첨가제(물, NH4Cl) 첨가<Example 2> Addition of other additives (water, NH4Cl) to montmorillonite and kaolinite

본 발명의 몬모릴로나이트와 카올리나이트에 다른 첨가제로서 물 또는 NH4Cl을 첨가하여 건조시간에 따른 pH 및 EC를 측정하였다. 하기의 표 8은 그 결과를 나타낸다. Water or NH 4 Cl as other additives were added to the montmorillonite and kaolinite of the present invention, and pH and EC were measured according to drying time. Table 8 below shows the results.

조건+B38:K44Condition+B38:K44 MMT : KaoMMT: Kao Kao(g)Kao(g) MMT(g)MMT(g) 건조시간drying time Sulfur(ml)Sulfur (ml) H2O
(ml)
H 2 O
(ml)
NH4Cl
(ml)
NH 4 Cl
(ml)
pHpH EC
(mS)
EC
(mS)
MMT + Kao
+sulfur
MMT + Kao
+sulfur
1:21:2 18.718.7 9.39.3 1hr1hr 5656       10.6810.68 36.536.5
3hr3hr 5656       10.7010.70 40.6540.65 MMT + Kao +
sulfur+H2O
MMT + Kao +
sulfur+H 2 O
1hr1hr 3030 1010    10.2010.20 25.1525.15
3hr3hr 3030 1010    9.769.76 30.8530.85 MMT + Kao +
sulfur+
NH4Cl
MMT + Kao +
sulfur+
NH 4 Cl
1hr1hr 3030    1010 8.518.51 28.9528.95
3hr3hr 3030    1010 8.488.48 52.8552.85

그 결과, 반죽 시 황의 비율을 반으로 줄이고 물과 혼합할 경우 입상 제조는 가능하였으며, EC가 낮아진 것으로 보아 입상의 황비율을 조건에 따라 어느 정도 조절할 수 있을 것이라고 판단하였다. 또한, NH4Cl 첨가 시 pH가 중성 부근으로 낮아지는 것으로 나타났다. As a result, it was possible to manufacture granules when kneading the sulfur ratio by half and mixing it with water. Considering that the EC was lowered, it was determined that the sulfur ratio of the granules could be adjusted to some extent depending on the conditions. In addition, when NH 4 Cl was added, the pH was found to be lowered to near neutral.

따라서, 바이오황 외 N 소스 등 다양한 물질을 첨가하였을 때도 비료로써 사용이 가능함을 확인하였다. Therefore, it was confirmed that it can be used as a fertilizer even when various substances such as N sources other than biosulfur are added.

<실험예 1> 입상 바이오황의 이화학성(pH, EC, 경도) 측정<Experimental Example 1> Measurement of physicochemical properties (pH, EC, hardness) of granular biosulfur

입상 바이오황의 이화학적 특성을 pH, EC, 경도를 통해 확인하였다. pH와 EC는 입상 바이오황을 1:5 (w/v)로 증류수와 혼합, 30분 진탕 후 각각 pH meter와 EC meter로 측정하였다. 시간에 따른 pH, EC 변화는 분석 후 4시간에서 40시간은 4시간 간격, 이후 96시간은 24시간 간격으로 초순수를 교체했다. 도 6은 몬모릴로나이트:카올리나이트 비율을 33.3%:66.6%로 하여 제조한 바이오황 입제 5g을 4~24시간 단위로 초순수 25mL로 갈아주면서 측정한 pH 변화를 나타내며, 도 7은 몬모릴로나이트:카올리나이트 비율을 25%:75%로 하여 제조한 바이오황 입제 5g을 4~24시간 단위로 초순수 25mL로 갈아주면서 측정한 pH 변화를 나타낸다. 또한, 도 8은 몬모릴로나이트:카올리나이트 비율을 33.3%:66.6%로 하여 제조한 바이오황 입제 5g을 4~24시간 단위로 초순수 25mL로 갈아주면서 측정한 EC 변화를 나타내며, 도 9는 몬모릴로나이트:카올리나이트 비율을 25%:75%로 하여 제조한 바이오황 입제 5g을 4~24시간 단위로 초순수 25mL로 갈아주면서 측정한 EC 변화를 나타낸다. The physicochemical properties of granular biosulfur were confirmed through pH, EC, and hardness. pH and EC were measured by mixing granular biosulfur with distilled water at 1:5 (w/v) and shaking for 30 minutes using a pH meter and EC meter, respectively. For changes in pH and EC over time, ultrapure water was replaced at 4-hour intervals from 4 to 40 hours after analysis, and at 24-hour intervals for the next 96 hours. Figure 6 shows the pH change measured by changing 5 g of biosulfur granules prepared with a montmorillonite:kaolinite ratio of 33.3%:66.6% into 25 mL of ultrapure water every 4 to 24 hours, and Figure 7 shows the change in pH at a montmorillonite:kaolinite ratio of 25%. : Shows the pH change measured by changing 5g of biosulfur granules prepared at 75% into 25mL of ultrapure water every 4 to 24 hours. In addition, Figure 8 shows the change in EC measured by changing 5 g of biosulfur granules prepared with a montmorillonite:kaolinite ratio of 33.3%:66.6% into 25 mL of ultrapure water every 4 to 24 hours, and Figure 9 shows the montmorillonite:kaolinite ratio. This shows the EC change measured by changing 5g of biosulfur granules prepared at 25%:75% into 25mL of ultrapure water every 4 to 24 hours.

경도는 입상 바이오황을 20등분으로 나누어 토양경도계(Soil Hardness meter, Push-Cone DIK-5553 Daiki Rika Kogyo Co., Japan)를 사용하여 측정하였다. 하기의 표 9는 입상 바이오황의 혼합비율 별 pH, EC, 경도를 측정한 결과를 나타낸다. Hardness was measured by dividing the granular biosulfur into 20 equal parts and using a soil hardness meter (Push-Cone DIK-5553 Daiki Rika Kogyo Co., Japan). Table 9 below shows the results of measuring pH, EC, and hardness for each mixing ratio of granular biosulfur.

SampleSample MMT : Kao
(wt%)
MMT: Kao
(wt%)
pH
(1:5)
pH
(1:5)
EC
(dS·m-1)
EC
(dS·m-1)
평균 경도average hardness
AA 100 : 0100:0 9.50(±0.088*)9.50(±0.088*) 29.27(±0.024*)29.27(±0.024*) 8.2(±0.37*)8.2(±0.37*) BB 75 : 2575:25 10.17(±0.047*)10.17(±0.047*) 32.35(±0.14*)32.35(±0.14*) 8.8(±0.63*)8.8(±0.63*) CC 50 : 5050:50 10.07(±0.047*)10.07(±0.047*) 37.78(±0.15*)37.78(±0.15*) 9.0(±0.40*)9.0(±0.40*) DD 33.3 : 66.633.3:66.6 10.74(±0.014*)10.74(±0.014*) 36.80(±0.25*)36.80(±0.25*) 13.3(±0.82*)13.3(±0.82*) EE 25 : 7525:75 10.60(±0.0047*)10.60(±0.0047*) 34.03(±0.21*)34.03(±0.21*) 17.6(±0.98*)17.6(±0.98*) * SD : Standard Deviation* SD: Standard Deviation

pH는 합성 전 바이오황과 비교했을 때, A는 9.50(±0.062), B는 10.17(±0.033), C는 10.07(±0.033), D는 10.74(±0.01), E는 10.60(±0.003)으로 액상 바이오황보다 약 1~2 정도 높게 측정되었다. Compared to biosulfur before synthesis, pH was 9.50 (±0.062) for A, 10.17 (±0.033) for B, 10.07 (±0.033) for C, 10.74 (±0.01) for D, and 10.60 (±0.003) for E. It was measured to be about 1 to 2 degrees higher than liquid biosulfur.

EC의 경우 A는 29.27(±0.017) dSm-1, B는 32.35(±0.1) dSm-1, C는 37.78(±0.109) dSm-1, D는 36.80(±0.18) dSm-1, E는 34.03(±0.15) dSm-1로 액상 바이오황에 비해 약 40~50% 정도 감소하였다. For EC, A is 29.27 (±0.017) dSm-1, B is 32.35 (±0.1) dSm-1, C is 37.78 (±0.109) dSm-1, D is 36.80 (±0.18) dSm-1, and E is 34.03. (±0.15) dSm-1, a decrease of approximately 40 to 50% compared to liquid biosulfur.

평균 경도는 A는 8.2(±0.37), B는 8.8(±0.63), C는 9.0(±0.40), D는 13.3(±0.82), E는 17.6(±0.98)로 카올리나이트 함량이 많아질수록 경도가 증가함을 확인할 수 있었다.The average hardness is 8.2 (±0.37) for A, 8.8 (±0.63) for B, 9.0 (±0.40) for C, 13.3 (±0.82) for D, and 17.6 (±0.98) for E. As the kaolinite content increases, the hardness increases. It was confirmed that there was an increase.

경도가 너무 낮으면 비료로서 보급 시 충격 등에 의하여 부서지는 문제가 있으며, 경도가 너무 높으면 토양에 계속 잔류할 것이므로 적정 경도가 중요하며, 10 정도가 좋을 것으로 판단하였다. 측정 결과 pH, EC는 적정기준에 크게 벗어나지 않았기 때문에 비료로서 사용이 가능함을 확인하였다. If the hardness is too low, there is a problem that it breaks due to impact when supplied as a fertilizer, and if the hardness is too high, it will continue to remain in the soil, so appropriate hardness is important, and it was judged that around 10 would be good. As a result of the measurement, it was confirmed that it could be used as a fertilizer because pH and EC did not significantly deviate from the appropriate standards.

<실험예 2> 입상 바이오황의 수용액 내 붕괴도 측정<Experimental Example 2> Measurement of disintegration of granular biosulfur in aqueous solution

수용액 내 붕괴도의 측정은 입상 바이오황과 증류수를 1:5 (w/v)로 혼합하여 진행하였다. 용해 후 1시간은 10분, 이후 5시간은 1시간 간격, 이후에는 용해 후 1일이 지난 후 측정하였다. 붕괴 정도는 육안으로 0에서 10까지 구분하였다.Measurement of disintegration in aqueous solution was performed by mixing granular biosulfur and distilled water at a ratio of 1:5 (w/v). Measurements were made at 10 minutes for 1 hour after dissolution, at 1-hour intervals for the next 5 hours, and then 1 day after dissolution. The degree of collapse was visually graded from 0 to 10.

입상 바이오황의 혼합비율 별 시간에 따른 수용액 내 붕괴도를 측정한 결과를 도 10에 나타내었다. 0~2는 본 형태유지, 3~4는 약 30% 용해, 5~6는 약 50% 용해, 7~8는 약 70% 용해, 9~10는 완전 용해를 나타낸다. 하기의 표 10은 그 결과를 나타낸다. The results of measuring the degree of disintegration in aqueous solution over time for each mixing ratio of granular biosulfur are shown in Figure 10. 0 to 2 indicates maintenance of the original form, 3 to 4 indicates approximately 30% dissolution, 5 to 6 indicates approximately 50% dissolution, 7 to 8 indicates approximately 70% dissolution, and 9 to 10 indicates complete dissolution. Table 10 below shows the results.

MMT + Kao + Bio sulfur (180 ℃, 1hr)MMT + Kao + Bio sulfur (180℃, 1hr)    붕괴도(0~10)Collapse degree (0~10) MMT : Kao (wt%) (30g)MMT: Kao (wt%) (30g) 30min30min 60min60min 90min90min 120min120min 150min150min 180min180min 360min360min 1day1day 100 : 0100:0 44 66 77 88 88 99 1010 1010 50 : 5050:50 22 22 22 33 33 44 44 55 33.3 : 66.633.3:66.6 1One 22 22 33 33 44 44 66 25 : 7525:75 00 00 1One 1One 1One 1One 1One 33 75 : 2575:25 44 55 77 88 88 99 99 1010

측정 결과, 모든 샘플이 시간이 지남에 따라 붕괴도가 증가하는 양상을 보였다. A, B는 용해 후 30분이 지난 후에 4로 측정되었고, A는 용해 후 6시간이 지난 후엔 시료가 수용액에 완전 용해 상태인 10으로 측정되었다. 용해 후 24시간이 지난 뒤에는 B 또한 10으로 측정되었다. C, D는 용해 후 30분이 지난 후에 1~2로 측정되었고, 용해 후 24시간이 경과했을 때 시료의 50%가 용해된 상태인 5~6으로 측정되었다. E는 용해 후 1시간 경과 후에도 시료가 용해되지 않은 0의 상태를 유지했고, 이후 소폭 상승하여 용해 후 24시간이 지난 뒤엔 3으로 측정되었다.As a result of the measurements, all samples showed an increase in disintegration over time. A and B were measured as 4 30 minutes after dissolution, and A was measured as 10 6 hours after dissolution, when the sample was completely dissolved in the aqueous solution. 24 hours after dissolution, B was also measured as 10. C and D were measured as 1 to 2 30 minutes after dissolution, and were measured as 5 to 6 24 hours after dissolution, when 50% of the sample was dissolved. E remained at 0 even 1 hour after dissolution, indicating that the sample was not dissolved, and then rose slightly, measuring 3 24 hours after dissolution.

120℃에서 3시간 동안 몬모릴로나이트 100%를 사용한 경우 5시간 경과한 입상 바이오황 및 180℃에서 3시간 동안 몬모릴로나이트 : 카올리나이트를 1 :2 로 혼합하여 사용한 경우 2주 경과한 입상 바이오황의 사진을 도 11에 나타내었다. Photos of granular biosulfur after 5 hours when 100% montmorillonite was used at 120°C for 3 hours and granular biosulfur after 2 weeks when a mixture of montmorillonite and kaolinite were used at 180°C for 3 hours at a ratio of 1:2 are shown in Figure 11. indicated.

이를 통해, 필요에 따라 건조 온도, 시간 및 무기접착제의 비율을 조절하여 물에 대한 안정성을 높이거나 낮출 수 있음을 확인하였다. 보다 구체적으로, 건조 온도를 120℃ 전후로 하여 짧은 시간 동안 건조하고 몬모릴로나이트의 비율을 높이면 물에 대한 안정성을 낮출 수 있으며, 건조 온도를 180℃ 전후로 하여 긴 시간 동안 건조하고 카올리나이트의 비율을 높이면 물에 대한 안정성을 높일 수 있다. Through this, it was confirmed that stability against water could be increased or decreased by adjusting the drying temperature, time, and ratio of inorganic adhesive as needed. More specifically, drying for a short time at a drying temperature of around 120℃ and increasing the ratio of montmorillonite can lower water stability, while drying for a long time at a drying temperature of around 180℃ and increasing the ratio of kaolinite can reduce water stability. Stability can be improved.

<실험예 3> 입상 바이오황의 시간에 따른 황 용출량 측정을 위한 유도 결합 플라스마 분석 (ICP; Inductively Coupled Plasma Analysis)<Experimental Example 3> Inductively Coupled Plasma Analysis (ICP) to measure sulfur dissolution over time from granular biosulfur

입상 바이오황의 황 함량은 원소 분석기 (EA; Elemental Analyzer)를 사용하여 측정하였으며, 입상 바이오황의 결정상은 XRD 분석을 통해 파악하였다. 입상 바이오황의 수용액 내 황 용출량을 측정하기 위해 ICP 분석을 실시하였다. 입상 바이오황을 1:5 (w/v)로 초순수와 혼합하여 분석 후 초기 40시간은 4시간 간격, 이후 96시간은 24시간 간격으로 황 용출량을 측정하였다. 도 12는 몬모릴로나이트:카올리나이트 비율을 33.3%:66.6%로 하여 제조한 바이오황 입제 5g을 4~24시간 단위로 초순수 25mL로 갈아주면서 측정한 황 용출량을 나타내며, 도 13은 몬모릴로나이트:카올리나이트 비율을 25%:75%로 하여 제조한 바이오황 입제 5g을 4~24시간 단위로 초순수 25mL로 갈아주면서 측정한 황 용출량을 나타낸다. The sulfur content of granular biosulfur was measured using an elemental analyzer (EA), and the crystalline phase of granular biosulfur was identified through XRD analysis. ICP analysis was performed to measure the amount of sulfur dissolved in an aqueous solution of granular biosulfur. Granular biosulfur was mixed with ultrapure water at 1:5 (w/v), and the amount of sulfur leached was measured at 4-hour intervals for the first 40 hours and at 24-hour intervals for the next 96 hours. Figure 12 shows the amount of sulfur elution measured by changing 5 g of biosulfur granules prepared with a montmorillonite:kaolinite ratio of 33.3%:66.6% into 25 mL of ultrapure water every 4 to 24 hours, and Figure 13 shows the amount of sulfur dissolved at a montmorillonite:kaolinite ratio of 25%. : Indicates the amount of sulfur elution measured by changing 5g of biosulfur granules prepared at 75% into 25mL of ultrapure water every 4 to 24 hours.

측정 결과, 시간에 따라 수용액 내의 황 농도가 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 황 농도는 수용액 용해 후 4시간이 지나 측정했을 때 D는 2069.67ppm, E는 2151.67ppm으로 E가 더 높게 측정되었다. 용해 후 8시간이 지났을 경우의 D는 134.67ppm, E는 136.27ppm으로 각각 약 93.5%, 93.7%로 감소한 것을 확인할 수 있었다. 이후 12시간부터 40시간까지 황 농도는 시간이 지남에 따라 감소하는 양상을 띠었고, 용해 후 64시간이 경과 후엔 D의 평균 황 농도는 2.645(±0.234)ppm, E는 4.525(±0.392)ppm으로 농도가 일정하게 유지되었다.As a result of the measurement, it was confirmed that the sulfur concentration in the aqueous solution decreased with time. When the sulfur concentration was measured 4 hours after dissolution in aqueous solution, D was measured at 2069.67ppm and E was measured at 2151.67ppm, with E being higher. After 8 hours of dissolution, D was 134.67ppm and E was 136.27ppm, which was confirmed to have decreased by about 93.5% and 93.7%, respectively. From 12 hours to 40 hours, the sulfur concentration decreased over time, and 64 hours after dissolution, the average sulfur concentration of D was 2.645 (±0.234) ppm and that of E was 4.525 (±0.392) ppm. The concentration was kept constant.

따라서, 2가지 모두 황이 꾸준히 용출되는 것으로 보아 완효성 황비료로 사용이 가능함을 확인하였다. Therefore, it was confirmed that both of them can be used as slow-release sulfur fertilizers as sulfur is steadily eluted.

<실험예 4> 입상 바이오황의 황 함량 측정을 위한 원소 분석 (EA; Elemental Analyzer)<Experimental Example 4> Elemental analysis (EA; Elemental Analyzer) to measure sulfur content of granular biosulfur

본 발명의 입상 바이오황의 황 함량을 측정하기 위하여 상기 실시예 1에 의하여 제조된 바이오황 입상을 곱게 분쇄하여 원소 분석기로 측정하였다. In order to measure the sulfur content of the granular biosulfur of the present invention, the granular biosulfur prepared in Example 1 was finely ground and measured using an elemental analyzer.

하기 표 11은 바이오황 ?상의 혼합비율별 원소분석(EA) 결과를 나타낸다.Table 11 below shows the results of elemental analysis (EA) by mixing ratio of the biosulfur phase.

SampleSample MMT : Kao
(wt%)
MMT: Kao
(wt%)
S
(%)
S
(%)
DD 33.3 : 66.633.3:66.6 47.2347.23 EE 25 : 7525:75 45.5745.57

D, E의 황 함량은 각각 47.23%, 45.57%로 입상 바이오황 제조 시 사용된 황 함량인 45±3%와 비슷한 값을 나타내었다. 따라서, 몬모릴로나이트와 카올리나이트의 비율을 1:2 또는 1:3으로 한 경우에 모두 완효성 비료로서 가능성을 확인하였다. The sulfur contents of D and E were 47.23% and 45.57%, respectively, which were similar to the sulfur content of 45±3% used in the production of granular biosulfur. Therefore, the potential as a slow-release fertilizer was confirmed when the ratio of montmorillonite and kaolinite was 1:2 or 1:3.

<실험예 5> 입상 바이오황의 결정상 분석<Experimental Example 5> Crystalline phase analysis of granular biosulfur

X선 회절 분석X-ray diffraction analysis

입상 바이오황의 결정상을 알아보기 위해 X선 회절 분석기(XRD; X-ray Diffractometer)를 실시하였다. 그 결과를 도 14 및 도15에 나타내었다. An X-ray diffractometer (XRD) was performed to determine the crystalline phase of granular biosulfur. The results are shown in Figures 14 and 15.

도 14는 몬모릴로나이트 33.3% : 카올리나이트 66.6% 의 X선 회절분석 결과를 나타내며, 도 15는 몬모릴로나이트 25% : 카올리나이트 75% 의 X선 회절분석 결과를 나타낸다. Figure 14 shows the results of X-ray diffraction analysis of 33.3% montmorillonite: 66.6% kaolinite, and Figure 15 shows the results of X-ray diffraction analysis of 25% montmorillonite: 75% kaolinite.

샘플은 a, b, c, d, e를 사용하여 측정하였다. c, e를 보면 입상 바이오황의 XRD pattern은 액상 바이오황과 점토광물의 pattern이 혼합된 peak들을 가짐을 알 수 있었다. a, c, e를 보면, 황의 층간 거리를 나타내는 peak인 22.98°에서 basal spacing이 0.387nm로 동일하게 측정되었다. 또한 황의 구조적 특성을 나타내는 a의 peak들이 c, e와 일치하는 것으로 보아 열처리 온도 (180℃) 내에서 구조가 안정적으로 유지되어 변성이 일어나지 않음을 추정할 수 있었다. b, d는 점토광물 혼합물로 몬모릴로나이트와 카올리나이트의 구조적 특징을 가지는 peak가 관찰되었다. c, e의 peak에서는 각각 12.16°(0.727nm), 12.2°(0.725nm)에서 카올리나이트로 추정되는 peak 값이 측정되었고, e의 5.52°(1.6nm)에서 몬모릴로나이트로 추정되는 peak가 희미하게 측정되었다.Samples were measured using a, b, c, d, and e. Looking at c and e, it can be seen that the XRD pattern of granular biosulfur has peaks that are a mixture of the patterns of liquid biosulfur and clay minerals. Looking at a, c, and e, the basal spacing was measured to be the same at 22.98°, which is the peak representing the interlayer distance of sulfur, at 0.387nm. In addition, since the peaks of a, which represent the structural characteristics of sulfur, were consistent with c and e, it could be assumed that the structure was stably maintained within the heat treatment temperature (180°C) and no denaturation occurred. b and d are clay mineral mixtures, and peaks with structural characteristics of montmorillonite and kaolinite were observed. At the peaks of c and e, peak values presumed to be kaolinite were measured at 12.16° (0.727 nm) and 12.2° (0.725 nm), respectively, and a faint peak presumed to be montmorillonite was measured at 5.52° (1.6 nm) of e. .

따라서, 황, 몬모릴로나이트, 카올리나이트가 갖는 구조가 본 발명의 바이오황 입상에서 그대로 유지되고 있음을 확인하였다. Therefore, it was confirmed that the structures of sulfur, montmorillonite, and kaolinite were maintained in the biosulfur granules of the present invention.

입상 바이오황의 구조Structure of granular biosulfur

본 발명의 바이오황 제조방법에 사용된 카올리나이트, 몬모릴로나이트 및 본 발명의 제조방법에 의해 제조된 바이오황의 구조를 관찰하였다. The structures of kaolinite, montmorillonite, and biosulfur produced by the biosulfur production method of the present invention were observed.

도 16은 카올리나이트, 몬모릴로나이트 및 본 발명의 제조방법에 의해 제조된 입상 바이오황의 구조를 나타낸 모식도이다. Figure 16 is a schematic diagram showing the structures of kaolinite, montmorillonite, and granular biosulfur produced by the production method of the present invention.

본 발명에 사용한 카올리나이트와 몬모릴로나이트는 층상의 구조를 갖고 있는 것으로 나타났으며, 이를 통해 카올리나이트와 몬모릴로나이트의 구조상 존재하는 각 층의 사이에 황입자가 존재하게 됨으로서, 본 발명의 바이오황에서 황이 서서히 용출됨으로서 완효성을 갖게될 수 있음을 확인하였다. The kaolinite and montmorillonite used in the present invention were found to have a layered structure. As a result, sulfur particles exist between each layer in the structure of kaolinite and montmorillonite, and sulfur is slowly eluted from the biosulfur of the present invention. It was confirmed that it can have complete efficacy.

결론적으로, 입상 바이오황 합성에 사용된 점토광물은 입상화에 도움을 줄 뿐 아니라 점토광물과 흡착된 황 성분을 일정하게 장기간 용출시켜 주는 역할이 있는 것을 알 수 있었다. 이를 통해 입상 바이오황의 완효성 비료로서 활용 가능성을 확인하였다. In conclusion, it was found that the clay minerals used in the synthesis of granular biosulfur not only help with granulation but also have a role in eluting the clay minerals and adsorbed sulfur components over a constant, long-term period. Through this, the possibility of using granular biosulfur as a slow-release fertilizer was confirmed.

본 발명은 액상 바이오황에 천연무기물인 점토광물을 합성하여 친환경적으로 제조함으로써 황 시비가 많이 요구되는 백합과 작물을 재배하는 농가에 큰 도움이 될 것으로 기대된다. 또한 기존의 관행농업에서 화학비료를 다량 시용하는 관습에서 벗어나 친환경적인 입상 바이오황 비료를 이용함으로써 유기농 재배 농가에 편리한 수단을 제공할 수 있다. The present invention is expected to be of great help to farmers who grow lilies and other crops that require a lot of sulfur fertilization by synthesizing liquid biosulfur with clay minerals, a natural mineral, in an environmentally friendly manner. In addition, it can provide a convenient means for organic farmers by using eco-friendly granular biosulfur fertilizer, breaking away from the custom of applying large amounts of chemical fertilizers in conventional agriculture.

Claims (14)

바이오의 입상화 방법으로서,
1) 액상 바이오황을 무기접착제와 혼합하여 반죽을 만드는 단계;
2) 상기 반죽을 사출하는 단계; 및
3) 상기 사출물을 건조하는 단계를 포함하며,
상기 무기접착제는 비료로 사용할 수 있는 것을 특징으로 하는 바이오황의 입상화 방법.
As a bio granulation method,
1) Mixing liquid biosulfur with an inorganic adhesive to make dough;
2) Injecting the dough; and
3) It includes the step of drying the injection molded product,
A method for granulating biosulfur, characterized in that the inorganic adhesive can be used as a fertilizer.
제 1항에 있어서, 상기 바이오황은 유기태황인 것을 특징으로 하는 바이오황의 입상화 방법.
The method of granulating biosulfur according to claim 1, wherein the biosulfur is organic sulfur.
제 1항에 있어서, 상기 무기접착제는 1:1 층형 구조를 갖는 점토광물 또는 2:1 층형 구조를 갖는 점토광물 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 바이오황의 입상화 방법.
The method of granulating biosulfur according to claim 1, wherein the inorganic adhesive is a clay mineral with a 1:1 layered structure, a clay mineral with a 2:1 layered structure, or a mixture thereof.
제 3항에 있어서, 상기 무기접착제는 몬모릴로나이트, 벤토나이트, 카올리나이트 및 제올라이트로 구성되는 군으로부터 선택되는 적어도 1종 이상인 것을 특징으로 하는 바이오황의 입상화 방법.
The method of granulating biosulfur according to claim 3, wherein the inorganic adhesive is at least one selected from the group consisting of montmorillonite, bentonite, kaolinite, and zeolite.
제 4항에 있어서, 상기 무기접착제는 몬모릴로나이트 및 카올리나이트를 혼합한 것을 특징으로 하는 바이오황의 입상화 방법.
The method of granulating biosulfur according to claim 4, wherein the inorganic adhesive is a mixture of montmorillonite and kaolinite.
제 5항에 있어서, 상기 혼합은 몬모릴로나이트와 카올리나이트의 비율이 1:2인 것을 특징으로 하는 바이오황의 입상화 방법.
The method of granulating biosulfur according to claim 5, wherein the mixing ratio of montmorillonite and kaolinite is 1:2.
제 1항에 있어서, 상기 사출은 성형틀 또는 주사기를 사용하는 것을 특징으로 하는 바이오황의 입상화 방법.
The method of granulating biosulfur according to claim 1, wherein the injection is performed using a mold or syringe.
제 7항에 있어서, 상기 성형틀은 알루미늄 트레이인 것을 특징으로 하는 바이오황의 입상화 방법.
The method of granulating biosulfur according to claim 7, wherein the mold is an aluminum tray.
제 1항에 있어서, 상기 건조는 50℃ ~ 350℃의 온도인 것을 특징으로 하는 바이오황의 입상화 방법.
The method of granulating biosulfur according to claim 1, wherein the drying is performed at a temperature of 50°C to 350°C.
제 1항에 있어서, 상기 건조는 30분 ~ 24시간 동안인 것을 특징으로 하는 바이오황의 입상화 방법.
The method of granulating biosulfur according to claim 1, wherein the drying is performed for 30 minutes to 24 hours.
제 1항 내지 제10항의 제조방법에 의해 제조된 입상 바이오황.
Granular biosulfur produced by the production method of claims 1 to 10.
제 11항에 있어서, 상기 입상 바이오황은 수용액 내 안정성이 향상된 것을 특징으로 하는 입상 바이오황.
The granular biosulfur according to claim 11, wherein the granular biosulfur has improved stability in an aqueous solution.
제 11항에 있어서, 상기 입상 바이오황은 황용출량 조절을 통해 완효성 비료로서 사용될 수 있는 것을 특징으로 하는 입상 바이오황.
The granular biosulfur according to claim 11, wherein the granular biosulfur can be used as a slow-release fertilizer by controlling the amount of sulfur leaching.
제 13항에 있어서, 상기 완효성은 황용출이 6개월 이상 지속되는 것을 특징으로 하는 입상 바이오황.

The granular biosulfur according to claim 13, wherein the slow release effect is such that sulfur dissolution lasts for more than 6 months.

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