포항 제올라이트연구소

 요즘 인터넷을 통해 판매중인 '火山에서 온 천연가습기' 란 광고를 많이 보셨을 것입니다.

이 제품의 주 원료가 즉 원자재가 바로 '제올라이트(불석, 비석)'입니다.

즉, 含水알루미나 규산염 광물이입니다. 정말 신비한 돌입니다. 

 

천연 제올라이트는 화산 폭발 때에 발생한 화산재가 퇴적된 후 열수작용으로 인해 나노단위 크기의 기공(corridor)으로 형성된 광물입니다.

그래서 제올라이트는 국내선 포항에서만 나며 쓰임새가 매우 다양한 광물질입니다.

 이 광물은 농림축산식품부가 인정한 친환경유기농 자재입니다.  그냥 먹어도 되는 돌입니다.

 특히, 이 광물은 인체에 해를 주지 않는 매우 유익한 광물입니다.

호미반도 인근 제올라이 광산 현장

 

제올라이트는 냄새나는 곳이나 습기가 많이 차는 곳, 라돈이 나와서 걱정되는 집. 또, 인근에서 가축 사육 시 발생하는 축사 악취(암모니아 냄새)로 민원이 잦은 동네. 방사능 오염 지역.

 

이런 문제를 한번에 해결할 수 있는 신비한 광물이 제올라이트라는 걸 알게 된 후 공부를 했습니다.

 

이 광물이 인간에게 매우 유익하고 이로운 암석인엔 틀림이 없습니다. 특히, 이 광물을 널리 알려서 국민들이 친환경적인 삶을 누릴 수 있도록 돕고 싶습니다.

 

특히, 한국에선 포항 호미반도 일원에만 매장돼 있는 광물이다.

 

하늘이 포항에만 준 선물이라도 해도 과언이 아닙니다. 포항서 나는 제올라이트(모데나이트)는 라돈뿐만 아니라 세슘도 흡착하는 광물입니다. 일본 후쿠시만 원전 사고 때 누출된 방사능을 잡기 위해 일본에 많이 수출됐습니다.

현재, 인터넷에서 판매되는 제올라이트 공산품은 대부분 수입한 제올라이트를 가공한 것들입니다.

국내산 제올라이트가 품질이 매우 좋아도 가격이 좀 비싸다는 이유로 업체들이 수입을 선호합니다.

 

포항 D소재 제올라이트 원석

 

사전에선,

제올라이트(zeolite)는 3-10 Å 정도의 크기를 가지는 공동(tunnel 또는 open channel)이 규칙적으로 배열되어 있는 천연 및 합성 규산염광물질을 통칭한다.

1756년 스웨덴의 광물학자 Cronstedt가 가열하면 세공의 물이 증발, 수증기가 발생하는 현상을 보고하고 끓는 돌이라는 의미의 zeo(끓는)와 lite(광물, 돌)을 합성해서 제올라이트(zeolite)라고 명명했다.

한글 명으로 불석이라 한다.

오늘날 제올라이트는 천연의 암석권에서 자연적으로 산출되는 것 이외에 인공적으로 합성된 분자체(molecular sieving) 기능을 갖는 물질을 포함하며, 군집 명칭(group name)으로 사용된다.

 

약 46종의 천연 제올라이트와 200여종의 합성 제올라이트가 있다.

제올라이트에 따라 결정구조, 화학조성, 물리화학적 특성은 서로 다르나 결정 내부에 분자들이 드나들 수 있는 공동을 형성한다는 공통점이 있다.

 

**제올라이트의 결정구조

자연적으로 산출되는 천연 제올라이트는 Na, K, Ca, Mg, Sr 또는 Ba을 양이온으로 소량 함유하는 함수규산염(hydrous aluminosilicates) 광물에 속한다.

결정구조는 망상규산염(tectosilicate) 광물에 속하여, (Si,Al)O4 사면체의 모든 산소들이 또 다른 사면체에 의해서 공유되면서 3차원적으로 연결되어 있다.

망상규산염 광물에 속하는 석영 및 장석 광물들의 치밀한 구조와는 달리, 제올라이트는 2.3-7.5Å 크기의 큰 공동(open channel)이 형성될 정도로 엉성한 격자구조(비중:2.0-2.3)를 이룬다. 제올라이트의 종류에 따라 소위 골격조성(framwork composition), 즉 (Si1-xAlx)O2이 다르고 결정구조도 다소 차이를 보인다.

 

**제올라이트의 화학식

제올라이트의 구조단위인 (Si,Al)O4 사면체 내에서 Si4+가 일부가 Al3+로 치환될 때 전하 결손이 발생하며, 이를 보상하기 위해서 양이온들이 함께 개입된다.

일반적으로 양이온들은 공동 내에 존재하며, 주위의 다른 양이온에 의해서 쉽게 치환된다.

또한 공동 내에서 정전기적으로 강하게 대전되어 있는 교환성 양이온(exchangeable cation)들의 성격에 따라 극성 매질인 물 분자들이 공동 내에 함유된다.

따라서 제올라이트의 일반적이 화학식은 MxDy[Al(x+2y)Sin-(x+2y)O2n]‧mH2O 이며, 여기서 M는 1가 양이온, D은 2가 양이온을 가리킨다.

 

  **주요 제올라이트**  네이버 지시백과 '제올라이트 표1 참조'

 

 

**제올라이트의 특성 및 활용

• 양이온 교환 특성

제올라이트의 양이온 교환 특성(CEC, cation exchange capacity)는, 제올라이트 공동에 위치하는 양이온이 다른 양이온에 의해 쉽게 교환되는 성질을 의미한다. 제올라이트를 단순히 다른 양이온들의 용액으로 씻어주는 정도의 처리로도 양이온이 쉽게 교환된다. 제올라이트의 양이온 교환능력은 100g당 200~400meq 정도로서 유사한 용도로 사용되는 점토광물인 몬모릴로나이트(montmorillonite)의 양이온 교환 능력(80~100meq/100g)보다 2배 이상 크다. 또한 공동의 크기에 따라 특정 양이온을 선택적으로 교환할 수 있는 선택적 교환 특성을 가진다. 현재 국내외에서 제올라이트의 이온교환 특성은 토질 및 수질 개량제로의 이용, 산업 및 도시 폐수의 처리, 방사성 폐기물 처리 등에 활용되고 있다.

• 흡착 및 분자체 특성

제올라이트를 가열시켜 공동 구조에 위치하는 물분자를 탈수시키면, 이 탈수된 제올라이트는 적합한 크기와 형태의 무기 및 유기분자들을 선택적으로 흡착할 수 있다. 공동의 크기에 따라 서로 섞여 있는 다른 분자들을 각각 분리할 수 있는 분자체 기능(molecular sieving)의 특성을 갖게 된다. 제올라이트의 흡착 및 분자체 특성과 관련된 응용 분야로는 각종 가스의 탈수목적을 위한 전조제로의 응용 및 천연가스 및 LPG에서의 불순 가스 제거 등이 있다.

• 촉매 특성

분자들이 흡착할 수 있을 만큼 큰 공동이 결정 내부에 규칙적으로 존재하는 제올라이트의 다공성 구조에 기인하여, 제올라이트는 우수한 계면 활성을 나타내며, 뛰어난 촉매 특성을 지닌다. 제올라이트의 촉매 특성은 제올라이트의 구조, 양이온의 성격과 구조상의 위치, Si/Al 함량비, 활성 금속 원소들의 존재 여부에 따라 달라진다. 제올라이트의 촉매 특성은 석유정제 및 석유화학 분야에서 활용된다.

• 탈수 및 재흡수 특성

제올라이트 구조의 공동에 존재하는 물의 함량은 제올라이트의 종류, 양이온의 성질 이외에 습도 및 온도 등의 환경에 따라 민감하게 변화한다. 제올라이트의 물 함량의 변화, 즉 물이 공동에 탈수 또는 흡수되는 과정에서 흡열 및 발열 현상이 수반된다. 제올라이트는 약 700~800 ℃까지 높은 열적 안정성을 보이며, 온도 증가에 따라 점진적 탈수현상을 보인다. 다시 냉각될 경우, 건조된 제올라이트로 물의 재흡수가 일어난다. 이와 같은 제올라이트의 탈수 및 재흡수 특성은 향후 각종 건조제 및 촉매의 효능 증진 등에 실용화 가능성이 높다.

 

**위 특성을 요약하면 다음과 같다.

 1, 뛰어난 탈취력과 소취력 즉, 악취와 냄새 제거 능력이 탁월.

    특히, 돈사 및 계사 악취 제거에 매우 효과적임

 2, 뛰어난 제습 및 가습작용 즉, 습기 흡수력이 강하며 가습제로의 성능도 우수.

 3, 시설하우스에서 작물 재배 시 연작으로 인해 토층에 쌓여 있는 각종 염 제거 및

   산성토양 개량 능력도 탁월.

 4, 방사능 물질 (라돈 및 세슘) 흡수력도 타 제재에 비해 매우 우수함.

   특히, 포항서 나는 제올라이트(mordenite)의 구조 직경이 6.6~7 옹그스트롱(A*)으로 세슘도 흡수함.

 5, 닭, 돼지, 소 등의 가축 보조사료도 사용 중 (닭의 연변 예방에 매우 탁월)

 6, 골프장 그린 잔디 생육에 매우 좋은 광물. (제올라이트를 800도로 구워서 그린에 살포 시

    지온이 3~7도 떨어지는 효과 검증됨, 한국잔디연구소 실험 결과임)

 7, 식용으로도 개발돼 건강식품으로 판매 임

 8, 1~2미리로 가공해 맨발걷기 산책로 조성용(2차 오염이 전혀 없음)

 9, 쓰임새가 너무 다양해서 다 나열하기가 어려운 실정.

 

가공한 제올라이트

 

제올라이트는

 

 자세한 문의는 엠에이치바이오 상담폰 010-2515-2335.

 천연 제올라이트는 신이 내린 선물입니다. 감사합니다.