초록 ▼

○ 연구결과
1. 복합염 occlusion 기법의 개발
혼합염들은 3대 비료성분을 중심으로 한 NH₄NO₃-KNO₃ 및 NH₄NO₃-KH₂PO₄ 등이다. 이들의 occlusion을 연구하기 위하여 clinoptilolite, mordenite, cancrinite, Na-P 등의 제올라이트들이 본 연구에서 주 원료 제올라이트로 선별되었다. KNO₃-NH₄

○ 연구결과
1. 복합염 occlusion 기법의 개발
혼합염들은 3대 비료성분을 중심으로 한 NH₄NO₃-KNO₃ 및 NH₄NO₃-KH₂PO₄ 등이다. 이들의 occlusion을 연구하기 위하여 clinoptilolite, mordenite, cancrinite, Na-P 등의 제올라이트들이 본 연구에서 주 원료 제올라이트로 선별되었다. KNO₃-NH₄NO₃와 KH₂PO₄NH₄NO₃의 혼합염의 경우에는 250℃ 부근까지 NH₄NO₃의 열안정성이 있는 것으로 보아 250℃이하의 열처리를 함으로써 효과적인 혼합염 occlusion를 유도할 수 있을 것으로 판단되며, occlusion된 염들의 알려진 유출특성으로 보아 효과적인 완효성을 나타내었다. 특수기능성을 위해 항균성 성분인 AgNO₃의 occlusion은 단일염 occlusion 기법을 적용함으로써 clinoptilolite에 occlusion시킬 수 있었다.
2. 복합염이 occlusion된 제올라이트의 토양 중 행동 완효성 복합비료로서 제안된 KNO₃-NH₄NO₃의 혼합염이 동시에 도입된 Na-P1 와 clinoptilolite, NH₄NO₃-KH₂PO₄ 혼합염을 함유한 clinoptilolite와 mordenite 및 KClO₃ 함유 mordenite와 cancrinite등이 조제되었다. 여러 가지 제올라이트 제제들 중 대표적인 제제들의 용출성을 증류수와 토양용액을 추출액으로 하여 정치법과 flow법으로 조사한 결과 NH₄NO₃+KH₂PO₄-Cli의 유출성을 조사한 결과 토양에 속효성 비료를 시용할 경우보다 다소 지연된 유출양상을 나타내는 것으로 판단된다.
3. 염이 occlusion된 제올라이트와 식물체의 상호작용
재배실험을 위하여 KNO₃-NH₄NO₃-Na-P1 complex가 대량으로 합성되었다. 합성에 사용된 제올라이트는 경제성과 광물의 활용성을 고려하여 석탄회 (fly ash)에서 합성된 Na-P1형 제올라이트성 물질을 활용하였다. Occlusion된 비료성분이 토양 중에서 미치는 효과를 알아보기 위해 배추와 방울토마토의 pot재배에 KNO₃-NH₄NO₃-NaP1 complex를 시용하여 표준3요소 시비구와 비교한 결과 제오라이트에 염류를 ccclusion시킨 다기능성 제올라이트 비료는 배추 및 방울토마토 재배실험 결과 3요소 표준시비구에 비교하여 완효성효과 및 토양염류집적을 줄이는데 효과적인 것으로 판명되었다.

Abstract ▼

Occluded salts in the form of salt complexes exhibit the interesting properties unattainable in bulk state. This study focuses on the development of multifunctional zeolite fertilizer through expansion of potential of salt occlusion by zeolite and elucidation of release properties of occluded salt.

Occluded salts in the form of salt complexes exhibit the interesting properties unattainable in bulk state. This study focuses on the development of multifunctional zeolite fertilizer through expansion of potential of salt occlusion by zeolite and elucidation of release properties of occluded salt. In this study, co-occlusion of mixed nitrate salts and occlusion of non-nitrate salts were attempted to further expend occlusion potential of zeolites. The thermal treatment of Na-P1 with NH₄NO₃ and KNO₃ mixture resulted in co-occlusion of both NH₄NO₃ and KNO₃ by Na-P1 below the melting temperature of KNO₃. The non-nitrate salts such as KClO₃ and KH₂PO₄ were occluded by mordenite, although they do not establish stale molten state. Their occlusions were confirmed by ²⁷Al NMR spectra, N₂ adsorption/desorption isothermal and thermal analysis. The occluded salts amounts were relatively less compared to those of nitrate salts. Salts in solid state could be introduced into and occluded by zeolites through the interaction with molten salt present in salt present in salt mixture. Employment of salt mixture could lead to co-occlusion of the various salts that could be hardly applicable to salt occlusion.
Salt occlusion leads to remarkable increase in nutrient holding capacity of zeolites. Salt-occluded zeolites exhibit the slow-release properties of nutrients distinguished from those of usual zeolites. This study deals with the evaluation of the nutrient release property from NH₄NO₃-occluded Na-P1. The patterns of nutrient release were examined in both static and continuous-flow conditions. NH₄NO₃- occluded Na-P1 was leached by a simulated soil solution and deionized water for more than one month, respectively. The concentrations of the ions released into the solution were monitored with the reaction time. Releases of both NH₄⁺ and NO₃ ^- from N-NaP were found to be slow and steady in both conditions. The soil solution resulted in quite different release patterns between NHNH₄⁺ and NO₃^-, while nearly the same patterns resulted from deionized water. This clearly indicates that ion release from salt-occluded zeolite involves two different reactions, cation exchange and dissolution. The release kinetics of occluded salt in static condition was described by the standard Elovich model, Ct = a + b ln(t + to) rather than the Elovich equation. Whereas, that in continuous-flow condition was best described by the powder function model. The initial release patterns in both conditions exhibited considerable deviation from simulated models, which resulted probably from the presence of hydrated occluded salt. Flow condition and the presence of electrolytes in leaching solution affected the release kinetics, although their effects were not significant. Release of occluded salt was delayed by the free salt coating zeolite crystals without any noticeable change in release kinetics of occluded salt. These results indicate that release property of occluded salt could be predictable and controllable. Therefore, salt-occluded zeolites could be developed to zeolite-based fertilizers.

목차 Contents

• 표 지 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 연구개발보고서 초록 ... 3
• 요 약 문 ... 5
• Ⅰ. 제 목 ... 5
• Ⅱ. 연구개발의 목적 및 필요성 ... 5
• Ⅲ. 연구개발 내용 및 범위 ... 5
• Ⅳ. 연구개발 결과 및 활용에 대한 건의 ... 7
• SUMMARY ... 11
• CONTENTS ... 13
• 목 차 ... 14
• 제 1장 연구개발과제의 개요 ... 17
• 제 2장 국내외 기술개발 현황 ... 19
• 1. 국내외 기술개발의 문제점 ... 19
• 2. 세부 기술사항의 검토 분석 ... 20
• 제 3장 연구개발수행 내용 및 결과 ... 28
• 제 1절 연구수행방법 ... 28
• 1. Salt occlusion의 원리 ... 28
• 2. 제올라이트의 조제 ... 29
• 3. 기능성 성분의 도입 ... 29
• 4. 특성규명 ... 30
• 5. 활성염-제올라이트 복합체의 합성 ... 30
• 6. 활성염-제올라이트 복합체의 활성성분 유출 조사 ... 30
• 7. 활성염-제올라이트 복합체가 토양의 이화학성에 미치는 영향 ... 31
• 8. 도입된 활성염의 토양중 행동 ... 31
• 9. 활성염-제올라이트 제제의 확립 ... 32
• 10. 활성염 함유 제올라이트의 대량 조제 ... 32
• 11. Occlusion된 비료성분의 토양 중 효과 연구 ... 33
• 12. 활성염 함유 제올라이트가 작물 성장에 미치는 영향 ... 33
• 13. 적용법 확립 ... 34
• 제 2절 복합염 occlusion기법의 개발 ... 35
• 1. 선별된 염과 제올라이트의 특성 분석 ... 35
• 2. 제올라이트의 조제 및 안정성 ... 37
• 3. 혼합염의 용융특성 ... 41
• 4. 제올라이트-염 복합체 ... 42
• 5. 혼합염의 occlusion ... 46
• 6. 혼합염 occlusion 기작 ... 48
• 7. 혼합염 occlusion의 최적화 ... 49
• 8. 특수 기능성 염의 occlusion ... 53
• 제 3절 복합염이 occlusion된 제올라이트의 토양중 행동 ... 55
• 1. 활성염-제올라이트 복합체의 합성 ... 55
• 2. 활성염-제올라이트 복합체의 활성성분 유출특성 ... 59
• 3. KClO3-Can/Sod복합체가 토양의 이화학성에 미치는 영향 ... 65
• 4. 도입된 활성염의 토양중 행동 ... 67
• 제 4절 염이 occlusion된 제올라이트와 식물체의 상호작용 ... 72
• 1. 활성염-제올라이트 복합체의 합성 ... 72
• 2. 포장실험 방법 ... 75
• 3. 배추재배시험 결과 ... 78
• 4. 방울토마토 재배시험 결과 ... 88
• 제 4장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 102
• 1. 목표달성도 ... 102
• 2. 관련분야 기여도 ... 102
• 제 5장 연구개발결과의 활용내용 ... 105
• 1. 제올라이트의 고기능성 소재화 ... 105
• 2. 차세대 고기능성 비료의 개발 ... 105
• 3. 환경친화영농의 기반화(基盤化) ... 106
• 제 6장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 107
• 제 7장 참고문헌 ... 110