초록 ▼

○ 연구결과
본 연구에서는 식물의 생육에 큰 영향을 미치는 질소 공급원인 요소(urea)를 칼슘과 마그네슘 염으로 요소-금속 착화합물을 형성, MMT 내부로 도입하여 질소비료의 효율성이 증가된 hybrid를 제조하였고 이들의 광물학, 이화학적 특성 및 비료 유출 특성을 구명하였다. 또한 작물에 pot와 필드 적용시험을 통해 hybrid 비료를 웃거름으로 시비할 경우 관행 질소시비량의 70% 수준으로도 요소를 100% 수준으로 시비한 케일의 생육현황이 비슷한 것으로 확인하였다. 또한 hybrid 비료는 요소처리구에 비해 온실가스

○ 연구결과
본 연구에서는 식물의 생육에 큰 영향을 미치는 질소 공급원인 요소(urea)를 칼슘과 마그네슘 염으로 요소-금속 착화합물을 형성, MMT 내부로 도입하여 질소비료의 효율성이 증가된 hybrid를 제조하였고 이들의 광물학, 이화학적 특성 및 비료 유출 특성을 구명하였다. 또한 작물에 pot와 필드 적용시험을 통해 hybrid 비료를 웃거름으로 시비할 경우 관행 질소시비량의 70% 수준으로도 요소를 100% 수준으로 시비한 케일의 생육현황이 비슷한 것으로 확인하였다. 또한 hybrid 비료는 요소처리구에 비해 온실가스(NOx) 발생량이 현저히 적었으며, 특히 유기산-hybrid 비료는 밀폐된 비닐하우스 조건하에서 NH₃ 휘산 급격히 줄었다. Hybrid 비료의 생산시설 제안 및 대량생산 시스템을 구축하기 위하여 pilot를 제작하였으며 시작품 제작을 통해 현장 적용을 위한 기초 자료도 축적하였다.

Abstract ▼

Urea has been the most preferred nitrogen source among various commercial nitrogen sources. Currently, it is estimated that about one hundred million tons of N fertilizers are applied to the agricultural fields annually. However, merely 30-50 % of applied nitrogen fertilizers could be assimilated in

Urea has been the most preferred nitrogen source among various commercial nitrogen sources. Currently, it is estimated that about one hundred million tons of N fertilizers are applied to the agricultural fields annually. However, merely 30-50 % of applied nitrogen fertilizers could be assimilated into the crops. Furthermore, during their decomposition, a vast quantity of NO3-, NH3 and NOx gases are lost from the soils through the process of leaching and volatilization. A straightforward breakthrough to this problem would be enhancement of the application efficiency of nitrogen fertilizers, especially rapidly effective nitrogen fertilizers such as urea. In this study, we report the hybridization of metal-urea complexes with montmorillonite (MMT) to innovatively enhance the efficiency of urea without implying any adverse effects on the rapid effectiveness of urea.
Hybrid fertilizer which was composed of the metal(urea)x complex-MMT(MUMHs) was synthesized by the reaction of air-dried MMT with molten urea and metal chloride or nitrate salt at 103±2℃ for 4hr under an ambient pressure. Characterization of MUMHs was performed by various instrumental techniques such as X-ray diffraction (XRD), Fourier transform infrared spectroscopy(FT-IR), thermal analysis, Scanning electron microscope image (SEM), and X-ray fluorescence spectroscopy (XRF). Effects of hybridization on the decomposition of urea and crop yields in a soil were examined by the pot and field experiments. For the commercial purposes, we manufactured the hybrid fertilizer by using the pilot plant, and examined its property as well as added function by the treatment of organic acid.
When some guest molecule intercalated within MMT, the interlayer space of complexes should be expanded by the degree of same height as the substrate. The d spacing of (001) peak of MUMHs was found to be ~17Å.
This result strongly suggests that urea intercalation proceeds through the formation of Ca/Mg(urea)x complex cations. The presence of Ca/Mg(urea)xcomplex in MUMHs was further confirmed by characteristic IR absorption clearly distinguished from that of urea. The complexes resulted in a distinct shift of the CO bending and stretching vibrations into the lower wave number region and the CN asymmetry stretching vibration into the higher. For the synthesis of hybrid fertilizer (MUMHs), the optimal molar ratio of MMT and the eutectic solutions was a weight ratio of 1:1, and the optimal temperature and reaction time were 103±2 and 4 hrs respectively. ℃ After the synthesis of MUMHs, it did not show any change or destruction in the framework of MMT but urea within the MUMHs showed a better thermal stability compared with that of urea alone.
The release pattern of urea from MUMHs was similar to that of urea by a flow experimental method. But rapid effectiveness and protection of the intercalated urea against rapid degradation were demonstrated by its behavior in soil. Compared with urea and mixture, the MUMHs showed a significant resistance against degradation in the soil. Furthermore, the yields and N uptake of kale plant were higher in MUMHs treatment than in those of urea treatment, even MUMHs-70 treatment in which the amount of applied urea was reduced by 30 % as compared with that of the MUMHs, showed the similar or higher yields and N contents of urea treatment in both the pot and field experiments.
Application of hybrid fertilizer synthesized in the presence of organic acid significantly decreased the N₂O emissions from urea fertilizer. And NH₃ volatilization of MUMHs with organic acid was extremely decreased implying that organic acid decreases the soil pH.
We built pilot system and successfully manufactured the trial product for the practical application of hybrid fertilizer in the field. The amounts of harmful components and heavy metals in this product were below the permitted level for the registration of fertilizer.

목차 Contents

• 제출문 ... 1
• 요약서 ... 2
• 요약문 ... 6
• Summary ... 16
• Contents ... 18
• 목차 ... 19
• 제1장 연구개발과제의 개요 ... 21
• 제2장 국내외 기술개발 현황 ... 23
• 제1절 세계적 수준 ... 23
• 제2절 국내 수준 ... 23
• 제3장 연구개발수행 내용 및 결과 ... 25
• 제1절 연구수행방법 ... 25
• 제2절 연구수행내용 ... 28
• 1. Hybrid 비료 합성기법 확립 ... 28
• 2. Hybrid 비료의 특성 ... 30
• 3. Hybrid 비료의 유출특성 ... 30
• 4. Hybrid 비료가 토양 이화학성에 미치는 영향 ... 32
• 5. Hybrid 비료의 토양 중 행동 ... 33
• 6. Hybrid 비료의 작물에 대한 기능성 연구 ... 35
• 7. Hybrid 비료의 작물생육효과 ... 37
• 8. 대량생산 체계 구축을 위한 pilot 제작 ... 39
• 9. Hybrid 비료의 적용법 확립 ... 39
• 제3절 연구수행결과 ... 45
• 1. Hybrid 비료 합성기법 확립 ... 45
• 2. Hybrid 비료의 특성 ... 60
• 3. Hybrid 비료의 유출특성 ... 65
• 4. Hybrid 비료가 토양 이화학성에 미치는 영향 ... 73
• 5. Hybrid 비료의 토양 중 행동 ... 77
• 6. Hybrid 비료의 작물에 대한 기능성 연구 ... 79
• 7. Hybrid 비료의 작물생육효과 ... 83
• 8. 현장적용을 위한 pilot 제작 ... 85
• 9. Hybrid 비료의 적용법 확립 ... 91
• 첨부 : Pilot 설계도 ... 99
• 제4장 목표달성도 및 관련분야 기여도 ... 112
• 제1절 목표달성도 ... 112
• 제2절 관련분야 기여도 ... 113
• 제5장 연구개발 성과 및 성과활용 계획 ... 116
• 제1절 실용화.산업화 계획 ... 116
• 제2절 지식재산권 확보 계획 ... 116
• 제3절 추가연구, 타연구 활용계획 ... 116
• 제6장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 117
• 제1절 Metal nitride 합성의 전구물질로 이용 ... 117
• 제2절 비료 효율증진 연구방향 ... 117
• 제3절 용존 유기질소의 흡수 ... 117
• 제7장 참고문헌 ... 119
• 끝페이지 ... 123