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최근 수정 시각 : 2023-09-03 21:25:43

제올라이트

1. 개요2. 역사3. 종류4. 가공물

Zeolite

1. 개요

1756년 광물연구가 크롱스테드가 발견했다. 그리스어로 끓는다는 뜻의 zeo, 돌이라는 의미의 lite의 합성어다. 한자로는 비석(沸石). 물에 넣고 뜨겁게 가열하면 잔 거품이 나며 마치 물이 끓는(沸騰, 비등) 것처럼 보이기 때문에 끓는 돌이란 뜻으로 비석이라고 부른다. 그리고 불석이라는 명칭은 비석의 '비' 자를 '불'로 잘못 읽은 데서 유래한 것이나, 실제로 불상을 조각하는 데 많이 쓰였다.

광물학적으로 망상 규산염 광물에 속하는 하나의 광물군 이름이다.[1] 정확히는 알루미늄규산염(Aluminosilicate) 광물이다. 보통 크게 자라지 않고 무척 작고 밀집되어 나타난다. 상업적으로 다양한 용도를 갖기 때문에 인공적으로 합성된 제올라이트가 많이 알려져 있다.

대중들 사이에는 수 나노미터 지름의 구멍이 수없이 많이 뚫려 있는 돌 정도로 알려져 있다. 탈취제, 탈수제, 건축자재, 이온 교환재, 합성세제, 촉매제 등에 다양하게 응용된다. 비슷한 성질을 가진 물질로는 흡습제로 많이 쓰이는 실리카 겔, 흡수제로 많이 쓰이는 규조토가 있다.

2. 역사

제올라이트는 화산 폭발로 흘러나온 용암과 해수가 만나 화학반응을 일으켜 생성된 광물이다. 제올라이트는 흡착성이 뛰어나 불순물 제거와 탈취에 적합하다. 이에 따라 합성세제 첨가제, 항균제, 가축사료첨가제, 건축자재, 정화제, 토양 보습제 등 현재 다양한 방면에서 많이 활용되고 있다. 이는 포털사이트 검색창에 제올라이트를 쳐보면 제일 먼저 제올라이트 판매 관련 내용들이 뜨는 것만 봐도 알 수 있다.

이탈리아에서는 제올라이트의 미세한 구멍이 여름에는 습기를 빨아들이고 겨울에는 공기를 머금어 실내 온도를 유지시켜 줘 집 지을 때 제올라이트 벽돌을 사용했다고 한다.

한국에서는 불석이라 불릴 정도로 불상의 재료로 선호되었던 광물이다. 경북 경주 인근에 양질의 제올라이트 산지가 있다고 한다. 입자가 작고 표면이 매끄럽고, 흡착력이 좋다는 특성상 불상을 만들기 적절했다. 특히 비교적 가벼우면서도 단단하고, 조각 하기도 쉽다는 장점이 있다. 그러나 제올라이트의 산지가 한정되어 있기 때문에 산지 인근에서 불상을 조각하여 봉안할 사찰로 배달시킨 경우도 있었다.[2]

제올라이트는 천연과 합성으로 나뉘는데 천연 제올라이트는 위에서 서술한바와 같이 크롱스테드가 발견했다. 노천 광산에서 생산되는 천연 제올라이트는 콘크리트 산업에서 주로 사용된다.

합성 제올라이트는 1948년 리처드 배럴이 자연에서 발견되지 않는 유형을 최초로 제조했으며 현재 200여 가지 종류가 있다. 제올라이트를 인공적으로 만들어내면 고유한 구조를 지니면서도 오염되지 않은 순수한 최종 제품을 얻을 수 있다. 합성 제올라이트는 연수 및 정수 시스템의 이온필터, 석유화학 공정의 속도를 높이는 등 산업적으로 중요하게 쓰이고 있다.

다만 앞서 말한 흡착/정화제 등의 성능은 천연 제올라이트 쪽이 높다. 기본적으로 제올라이트 결정이 성장하는데 시간이 중요한데, 합성 제올라이트를 천연 제올라이트 만큼 결정을 성장시키기 위해서 시간을 들이면 상업성이 전혀 나오지 않기 때문. 더불어 합성 제올라이트 특성상 빠르게 결정을 합성하려다보니, 그 반발로 시간을 너무 들이면, 원하지 않는 이상한 제올라이트 종(ex. 소달라이트: 소달라이트는 주로 P1 제올라이트나 X/Y type 제올라이트로부터 phase transeformation되어 합성되는데, 성능은 P1이나 x/y type 보다 현저히 떨어진다.)같은게 튀어나오기도 한다. 이런 종류는 결정구조상 성능 저하가 예상되기 때문에 좋지 않다.

제올라이트는 규칙적인 모양과 구멍을 가진 구조물이기에 구멍에 어떤 물질을 넣느냐에 따라 물질의 특성과 용도가 달라진다. 이런 성질을 응용해 정유 업계 등에서는 제올라이트 구멍에 유기 물질을 붙여 화학반응을 빨리 일어나게 하는 촉매로도 사용한다.

하지만 중력이 있는 지구에서 제올라이트를 생산하는 데는 한계가 있다. 2차원 또는 3차원적으로 질서정연하게 결합되는 제올라이트 결정이 중력 때문에 원하는 대로 정렬되지 않아서다. 무중력상태에서는 제올라이트 결정들이 외부 힘의 영향을 받지 않아 모양과 크기가 완벽하게 같은 입자를 만들 수 있다.

3. 종류

규소와 알루미늄의 비로 구분하는 방법이 있다.
형태로 구분하는 방법이 있다

4. 가공물

2010년 전후로 추정되는 시점에 대한민국의 ㈜네오팜그린에서 제올라이트를 분말로 만든 뒤 전자치환형 촉매를 치환시켜 징크제올라이트라는 물질을 개발하였다. 아연제올라이트(Zinc Zeolite)라고도 하고 국제화장품원료사전 ICID에 기록번호 1948으로 등록되었는데, 개발 시점이 비교적 최근이고 중소기업체라 거의 자사에서 개발하는 제품에 이용하고 있기에 구체적인 정보는 잘 알려져 있지 않아 확인이 필요하다.

㈜네오팜그린은 이관종이라는 인물이 대표이사로 소유하고 있는 기업체로, 소속 직원들이 공동으로 개발하였을 것으로 보이나 발명자는 '이관종'으로 단독 등록되어 있다. 해당 물질 자체를 개발하는 것이 주목표가 아니라, 무방부제 물티슈를 개발하는 과정에서 발명된 것이라 '항균, 항바이러스 제품 제조 방법'과 같이 해당 물질을 이용해 살균작용을 하는 공산품을 개발하는 방법의 과정 중 하나로 징크제올라이트를 생산 및 이용하는 방법까지 특허로 같이 등록된 형태이기에 해당 물질의 이름을 명확히 통일하고 있지는 않다.

2014년 11월 6일에 관련 국제특허가 출원된 것이 확인되는데, 해당 출원서를 보면 '광물 제올라이트'의 분말에 전자치환형 촉매를 치환시켜 '징크 제올라이트 촉매'를 제조하고, 거기에 습식 나노 가공을 통해 미립화하여 나노미터 입자 크기를 가진 액상 징크 제올라이트를 만든 뒤 이를 용매에 희석시켜 나노 징크 제올라이트 수용액을 제조하고, 그를 부직포에 합침 시켜 물티슈를 제조하는 것과 같은 방식으로 사용되고 있다.

연구 내용을 보면 본래 탈취제와 같이 사용되는 제올라이트 광물에 은이나 구리 등의 금속 이온을 치환시켜 혼합해보니 항균, 항곰팡이, 항바이러스 등의 효과가 높았고, 이를 징크 제올라이트라고 이름하고 있는 것으로 보이며, 해당 물질을 숙성하거나 분쇄하는 등 더 가공하면 항균, 항곰팡이 등의 효과가 더 커졌다고 하며 이것이 상기 나노 가공, 액상 단계를 말하는 것으로 보인다.

발명자는 네오팜그린의 대표자 이관종 단독으로 등록되어 있는데, 해당 방법을 사용해 물티슈와 기저귀를 개발하는 특허 출원은 네오팜그린 법인과 몇 개의 회사가 공동으로 참여했다. 이 공동 출원자들이 제올라이트를 적용한 물티슈를 제작해 판매하다가, 2019년 쯤 되면서부터 네오팜그린이 소독제에도 제올라이트를 적용하기 시작해 제올라이트가 사용된 분무형 살균제도 개발되었다.

처음에는 네오팜그린이 관계사로 설립한 ㈜피키스킨을 통해 물과 제올라이트외에 다른 물질도 함유된 소독제를 출시하였다가, 2020년 쯤부터는 물과 제올라이트만 함유된 것으로 개선해 네오팜그린이 직접 출시하였다.

제올라이트를 공산품에 이용하기 위해 가공한 물질의 이름은 물티슈 쪽에만 적용한 초반에는 '징크제올라이트'라고 부르더니, 액상 살균제를 출시한 후에는 그냥 제올라이트라고 성분에 표기 또는 홍보하고 있다. 그러나 이는 일반 제올라이트와 다른 가공물질로, 제올라이트는 일반 돌으로 돌 가루를 뿌린다고 해서 균이 살균되는 것이 아니다.

2020년에 고려대학교 의료원 산학협력단에서 제올라이트를 이용한 살균제를 연구한 보고서에는 대상 물질이 'N-EC-Zeolite'으로 기재되어 있는데, 제올라이트를 물에 희석(EC)한 나노 형태라는 의미로 추정된다.
[1] 엄밀한 정의는 규산염 광물 항목의 망상 광물 부분을 참고하라. [2] 해남 대흥사 천불상이 대표적인 예 중 하나이다. 태흥사 천불상은 소실된 대흥사 천불전을 재건하면서 봉안할 천불상을 만들기 위해 승려들이 제올라이트 산지인 경주 기림사로 찾아가 조각한 것이다. 그리고 완성된 천불상은 바닷길을 통해 옮겼지만 그 중 한척이 일본으로 표류하는 등 우여곡절을 겪으면서 출항한 지 7개월 만에 해남 대흥사에 도착했다.

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