세탁 비누로 이용되는 광물 제올라이트

[김동석]

세탁 비누로 이용되는 광물 제올라이트

제올라이트(zeolite)라는 광물이 있다. 천연에서는 약40 종류의 제올라이트 광물이 알려져 있다. 암석의 빈 구멍에서 산출되는 큰 제올라이트나 어떤 산 전체가 점토와 같은 가는 제올라이트로 이루어진 것도 있다. 제올라이트는 가는 터널(지름 수 Å)이 규칙적으로 겹쳐 쌓인 구조를 가진다. 이 터널로 알칼리 이온이나 물분자가 들어갈 수 있다.

이 성질을 이용하여 천연 제올라이트는 다양한 분야에서 이용되고 있다. 예를 들어 애완 동물의 변기통에 넣어 두는 모래가 그것이다. 가늘고 건조한 제올라이트를 고양이의 변기에 깔아 주면, 악취가 제올라이트의 터널로 들어가 흡착되기 때문에 냄새가 없어진다. 가축의 사료에 제올라이트를 섞으면 생육이 좋아지고 악취도 적어진다. 질소 비료에 혼합하면 질소가 제올라이트에 흡착하여 빗물로 비료가 흘러 내려가는 것을 막아 준다. 천연 가스의 건조제, 촉매나 시멘트의 활성 첨가제 등, 그 응용 범위는 넓고 더욱 확대되고 있다.

천연 제올라이트보다 터널의 지름을 크게 한 합성 제올라이트가 있다. 터널의 지름이 클수록 다량의 물이나 여러 가지 종류의 이온을 터널 안으로 빨아들이기 쉽다.

터널 안에 나트륨(Nil) 이온을 가진 분말 상태의 합성 제올라이트를 준비한다. 빨래를 할 때 이 제올라이트를 조금 섞는다. 물을 섞으면 30초 이내에 물 속의 Ca이온의 대부분이 제올라이트의 Na이온과 자리를 바꾼다. 즉 제올라이트 중의 Na이온이 세탁물 안으로 녹아 나오고, 반대로 세탁물 중의 Ca이온은 제올라이트의 터널 안으로 들어가게 된다. Ca이온을 함유한물은 경수(硬水)로 비누의 거품이 잘 일어나지 않아서 세탁의 효율이 좋지 않다. Na이온과 이온 교환을 함으로써, 경수가 연수(軟水)로 바뀌게 되어 거품도 잘 일어나게 된다. 그래서 현재 시중에 나와 있는 분말 세탁 비누에는 15% 정도의 합성 제올라이트가 섞여 있다.

예전에는 인을 비누에 첨가하였다. 세탁을 할 때 인이 Ca이온과 결합하여 인산칼슘(Ca₃(PO₄)₂)이 되어 없어지고, 물은 연수가 된다. 인은 비료의 3요소의 하나이고, 그 때문에 각 가정에서 나오는 하수에서는 수초가 다량으로 발생하여 환경을 악화시키고 있었다. 그래서 인 대신에 제올라이트를 사용하기 시작한 것이다.