KR20050077896A

KR20050077896A - Oxygen generation method

Info

Publication number: KR20050077896A
Application number: KR1020040005547A
Authority: KR
Inventors: 박재학
Original assignee: 박재학; 경상대학교산학협력단
Priority date: 2004-01-29
Filing date: 2004-01-29
Publication date: 2005-08-04

Abstract

본 발명은 산소발생방법에 관한 것으로, 숯을 촉매로 사용하여 과산화수소수를 산소 가스와 물로 분해하는 반응의 속도를 조절하여, 장시간 지속적으로 산소 가스를 발생시킬 수 있는 산소발생방법을 제공한다.The present invention relates to a method for generating oxygen, by using a charcoal as a catalyst to control the rate of decomposition of hydrogen peroxide water into oxygen gas and water, to provide an oxygen generation method that can generate oxygen gas continuously for a long time.

Description

Oxygen generation method

본 발명은 산소를 발생시키는 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method of generating oxygen.

최근 대기 오염이 심해짐에 따라 산소를 발생시켜 공급하는 장치가 주목을 받고 있다.Recently, as air pollution is getting worse, attention has been paid to devices that generate and supply oxygen.

종래의 산소발생방법으로는 1)공기를 저온으로 냉각시켜 얼린 후, 산소의 기화 온도로 온도를 올려 얼린 공기 중에 포함되어 있는 산소를 기화시키는 방법, 2)얇은 막을 이용하여 공기 중의 산소를 선택적으로 투과시키는 방법, 3)제올라이트 등의 흡착제를 사용하여 공기 중의 산소 이외의 가스를 선택적으로 흡착시키는 방법, 4)물을 전기 분해하여 수소와 산소로 분해시키는 방법, 5)과산화수소수를 철, 구리, 망간 등의 천이금속 화합물을 촉매로 하여 물과 산소로 분해시키는 방법 등의 있다.Conventional oxygen generation methods include 1) cooling the air to a low temperature and freezing it, and then raising the temperature to the vaporization temperature of the oxygen to vaporize oxygen contained in the frozen air, and 2) selectively using oxygen in the air by using a thin film. 3) a method of selectively adsorbing a gas other than oxygen in the air by using an adsorbent such as zeolite, 4) a method of electrolyzing water into hydrogen and oxygen, 5) a hydrogen peroxide solution of iron, copper, And a method of decomposing into water and oxygen using a transition metal compound such as manganese as a catalyst.

1), 2), 3)의 방법은 공기 중의 산소 이외의 가스가 부산물로서 생성되므로 이 부산물 가스의 배기 기구가 필요하며, 공기 냉각기, 압축기 등이 필요하므로 장치가 대형화되며, 고가라는 단점이 있다. 4)의 방법은 폭발성이 있는 수소가 부산물 가스로 발생하므로, 수소 가스를 분리하는 기구가 필요하다는 단점이 있다. 5)의 방법은 화학반응만을 이용하므로 전력이 필요 없고 장치 구성이 간단하다는 장점이 있으나, 반응이 급격하게 종료되기 때문에, 장시간에 걸쳐 지속적으로 산소를 발생시킬 수 없다는 단점이 있다.The method of 1), 2), 3) requires the exhaust mechanism of this by-product gas because gas other than oxygen in the air is generated as a by-product, and an apparatus is enlarged and expensive because an air cooler, a compressor, etc. are required. . The method of 4) has the disadvantage that since explosive hydrogen is generated as a by-product gas, a mechanism for separating hydrogen gas is required. The method of 5) uses only a chemical reaction, so there is no need for electric power and the device configuration is simple. However, since the reaction is terminated abruptly, oxygen cannot be continuously generated for a long time.

이에 본 발명에서는, 숯을 촉매로 사용하여 과산화수소수를 산소와 물로 분해하는 반응의 속도를 조절하여, 장시간 지속적으로 산소를 발생시킬 수 있는 방법을 제공하고자 한다. 이러한 방법을 이용하면, 고가의 장치가 필요하지 않고, 장치 구성이 단순하며, 순도가 높은 산소를 장시간 지속적으로 발생시키는 방법을 제공할 수 있다. In the present invention, by using a charcoal as a catalyst to control the rate of decomposition of hydrogen peroxide into oxygen and water, to provide a method that can generate oxygen continuously for a long time. By using this method, it is possible to provide a method that does not require an expensive device, is simple in device configuration, and continuously generates high-purity oxygen for a long time.

따라서, 본 발명의 목적은 숯을 촉매로 사용하여 과산화수소수를 분해시켜 산소를 장시간 지속적으로 발생시키는 방법을 제공하는데 있다. Accordingly, an object of the present invention is to provide a method of continuously generating oxygen for a long time by decomposing hydrogen peroxide using char as a catalyst.

본 발명에 따른 산소발생방법은 숯을 촉매로 사용하여 과산화수소수를 다음의 반응식에 따라 산소와 물로 분해하는 방법이다.Oxygen generation method according to the present invention is a method of decomposing hydrogen peroxide into oxygen and water using char as a catalyst according to the following reaction formula.

H₂O₂(액체) -> H₂O(액체) + 1/2 O₂(기체)H ₂ O ₂ (Liquid)-> H ₂ O (Liquid) + 1/2 O ₂ (Gas)

이하에서는, 본 발명에 따른 산소발생방법의 적합한 실시예에 대하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, a preferred embodiment of the oxygen generation method according to the present invention will be described in detail.

[실시예 1]Example 1

도1은 본 발명의 산소발생방법의 일 실시예를 나타내는 개략도이다. 1 is a schematic view showing an embodiment of the oxygen generating method of the present invention.

본 발명의 산소발생방법에 따라 산소가 발생되는 것을 확인하기 위하여, 과산화수소수(34% 용액, 100 ml)와 숯(20 g)을 삼각플라스크(11)에 넣고, 삼각플라스크(11)에 고무 마개(12)를 한 후, 고무 마개(12)에 유리대롱(13)을 꽂고, 유리 대롱(13)의 바같쪽 끝에 고무 호스(14)를 연결하여, 고무 호스(14)를 수조(15)에 담가, 산소 가스가 발생되는 모습을 7일간관찰하였다. 관찰 결과 관찰한 기간인 7일 동안 지속적으로 가스 방울이 발생되었다. 발생된 가스의 성분을 분석하기 위하여 발생된 가스를 포집한 후 가스크로마토그라피에 질량분석기가 연결된 가스성분분석장치로 이동하여, 가스잠금장치를 풀어 채취한 가스를 가스성분분석장치에 주입하여 가스의 성분을 분석한 결과, 가스의 성분은 산소 96.6 %, 질소 2.8 %, 이산화탄소 0.2 %, 수증기 0.4 % 이었다. 상기 질소는 삼각플라스크(11) 내의 잔류 공기 또는 가스성분 분석시 소량 유입된 공기 중의 질소에 의한 것으로 생각되므로, 발생된 가스는 주로 고농도의 산소임을 알 수 있었다.In order to confirm that oxygen is generated according to the oxygen generation method of the present invention, hydrogen peroxide solution (34% solution, 100 ml) and charcoal (20 g) are put in the Erlenmeyer flask 11, and the rubber stopper in the Erlenmeyer flask 11 (12), the glass hose 13 is inserted into the rubber stopper 12, the rubber hose 14 is connected to the bar end of the glass hose 13, and the rubber hose 14 is connected to the water tank 15. The soaking and oxygen gas generation were observed for 7 days. Observations resulted in gas bubbles continuously during the seven days observed. In order to analyze the components of the generated gas, the generated gas is collected and then moved to the gas component analyzer connected to the gas chromatograph and the mass spectrometer is released.The gas lock is released and the collected gas is injected into the gas component analyzer. As a result of analyzing the components, the components of the gas were 96.6% oxygen, 2.8% nitrogen, 0.2% carbon dioxide, and 0.4% water vapor. Since the nitrogen is considered to be due to nitrogen in the small amount of air introduced in the residual air or gas component analysis in the Erlenmeyer flask 11, it was found that the generated gas is mainly a high concentration of oxygen.

[실시예2]Example 2

본 실시예에서는, 상기 실시예1과 동일한 장치와 동일한 양의 과산화수소수(34% 용액, 100 ml)를 사용하고, 숯의 양만을 5g으로 감소시킨 후 유사한 실험을 하였다. 본 실시예의 경우에는, 산소 가스 방울의 분출 속도는 감소되었으나, 산소 가스 방울의 분출 지속 시간은 20일로 증가 되었다.In this embodiment, using the same amount of hydrogen peroxide (34% solution, 100 ml) and the same apparatus as in Example 1, only the amount of charcoal was reduced to 5g and a similar experiment was performed. In the case of this example, the ejection rate of the oxygen gas droplets was reduced, but the ejection duration of the oxygen gas droplets was increased to 20 days.

이상의 실시예로부터, 촉매 작용을 하는 숯의 양을 조절함으로써, 산소 발생 반응의 속도를 조절 할 수 있음을 알 수 있었다.From the above examples, it can be seen that by controlling the amount of char acting as a catalyst, the rate of the oxygen evolution reaction can be controlled.

[비교예1] Comparative Example 1

도2는 종래의 산소발생방법의 개략도로서 비교를 위한 일예이다.Figure 2 is a schematic diagram of a conventional oxygen generation method is an example for comparison.

종래의 산소발생방법은 과산화수소수에 촉매로써 이산화망간을 주로 사용하므로, 상기 실시예1과 같은 장치를 사용하고, 삼각 플라스크(11)에 과산화수소수(34% 용액, 100 ml)와 이산화망간(20 g)을 넣은 후, 산소 가스가 발생되는 모습을 관찰하였다. 관찰 결과 반응이 급격하게 일어나, 산소 가스 방울이 급격하게 발생되었으나, 산소 가스 방울이 발생되는 시간은 1분 정도이었고, 1분이 경과한 후에는 산소 가스 방울이 더 이상 발생되지 않았다. Since the conventional oxygen generation method mainly uses manganese dioxide as a catalyst in hydrogen peroxide water, using the same device as in Example 1, the hydrogen peroxide (34% solution, 100 ml) and manganese dioxide (20 g) in the Erlenmeyer flask 11 After the addition, the appearance of oxygen gas was observed. As a result, the reaction suddenly occurred, the oxygen gas droplets were suddenly generated, but the time for generating the oxygen gas droplets was about one minute, and after one minute, the oxygen gas droplets were no longer generated.

[비교예2]Comparative Example 2

본 비교예에서는, 상기 실시예1과 동일한 장치와 동일한 양의 과산화수소수(34% 용액, 100 ml)를 사용하고, 이산화망간의 양만을 5g으로 감소시킨 후 유사한 실험을 하였다. 이 경우에도, 반응이 급격하게 일어나, 산소 가스 방울 발생시간은 1분 정도 이었으며, 1분이 경과한 이후에는 산소가스 방울이 더 이상 발생되지 않았다.In this comparative example, using the same amount of hydrogen peroxide (34% solution, 100 ml) and the same apparatus as in Example 1, and reduced only the amount of manganese dioxide to 5g was a similar experiment. In this case, too, the reaction suddenly occurred, the oxygen gas bubble generation time was about 1 minute, and after one minute the oxygen gas bubble was no longer generated.

[비교예3]Comparative Example 3

본 비교예에서는, 상기 실시예1과 동일한 장치를 사용하고, 농도를 8%로 희석시킨 과산화수소수와 이산화망간 5g을 사용하여 유사한 실험을 하였다. 이 경우에도, 반응이 급격하게 일어나, 산소 가스 방울 발생시간은 1분 정도 이었으며, 1분이 경과한 이후에는 산소가스 방울이 더 이상 발생되지 않았다.In this comparative example, a similar experiment was conducted using the same apparatus as in Example 1, using hydrogen peroxide water and 5 g of manganese dioxide, the concentration of which was diluted to 8%. In this case, too, the reaction suddenly occurred, the oxygen gas bubble generation time was about 1 minute, and after one minute the oxygen gas bubble was no longer generated.

이상의 비교예로부터, 이산화망간을 촉매로 사용할 경우에는, 산소 발생 반응의 속도를 조절하는 것이 용이하지 않음을 알 수 있다.It can be seen from the above comparative example that when manganese dioxide is used as a catalyst, it is not easy to control the rate of the oxygen generation reaction.

[비교예4]Comparative Example 4

도3은 또 다른 비교 예로서, 상기 실시예1과 동일한 장치를 사용하고, 삼각플라스크(11)에 과산화수소수만을 넣고, 유사한 실험을 하였다. 이 경우에는 산소 가스 방울이 전혀 관찰되지 않았다.Figure 3 is another comparative example, using the same apparatus as in Example 1, only the hydrogen peroxide water in the Erlenmeyer flask 11, and performed a similar experiment. In this case, no oxygen gas bubbles were observed.

따라서, 촉매를 사용하지 않으면, 산소를 발생시키는 것이 용이하지 않음을 알 수 있다.Therefore, it can be seen that it is not easy to generate oxygen without using a catalyst.

[실시예4]Example 4

도4는 본 발명의 산소발생방법의 또 다른 실시예를 나타내는 개략도이다. 본 실시예에서는, 상기 실시예 1과 동일한 장치를 사용하고, 삼각플라스크(11) 하단에 히터를 추가로 설치한 장치를 사용하였다. 삼각플라스크에는 과산화수소수(34% 용액) 100 ml와 숯 1g을 넣었다. 우선, 히터를 작동시키지 않고, 관찰한 결과, 산소 가스 방울이 5일이 지나도 발생되지 않았다. 다음으로, 히터를 켜고, 온도를 80 도씨로 유지 시킨 후 관찰한 결과, 반응이 진행되어, 산소 가스 방울이 즉시 분출되었으며, 약 5시간 동안 지속적으로 산소 가스 방울이 발생되었다. 4 is a schematic view showing another embodiment of the oxygen generating method of the present invention. In this embodiment, the same device as in the first embodiment was used, and an apparatus in which a heater was additionally installed at the lower end of the triangular flask 11 was used. In the Erlenmeyer flask, 100 ml of hydrogen peroxide (34% solution) and 1 g of charcoal were added. First, without activating the heater and observing, no oxygen gas bubbles were generated even after five days. Next, the heater was turned on, and the temperature was maintained at 80 degrees Celsius, and the result was observed. As a result, the reaction proceeded, and the oxygen gas bubbles were immediately ejected, and the oxygen gas bubbles were continuously generated for about 5 hours.

이 실시예로부터, 숯을 촉매로 사용한 경우, 가열 온도를 이용하여, 산소 발생 반응의 속도를 제어할 수 있음을 알 수 있다.From this example, it can be seen that when charcoal is used as a catalyst, the rate of the oxygen evolution reaction can be controlled using the heating temperature.

[비교예5]Comparative Example 5

본 비교예에서는, 실시예4와 동일한 장치를 사용하고, 플라스크에 과산화수소수만을 넣은 후, 실시예4와 유사한 실험을 하였다. 이 경우에는, 히터로 가열하였을 때와 가열하지 않았을 때 모두 산소 가스 방울이 관찰되지 않았다. In this comparative example, the same apparatus as in Example 4 was used, and only the hydrogen peroxide solution was put into the flask, and then an experiment similar to Example 4 was conducted. In this case, no oxygen gas droplets were observed both when heated by the heater and when not heated.

이 비교예로부터, 가열하여 산소를 발생시키고자 할 때에도 촉매가 필요함을 알 수 있다From this comparative example, it can be seen that a catalyst is required even when heating to generate oxygen.

이상의 설명에서와 같이, 본 발명에 의한 산소발생방법에 의하면, 산소가스를 간단한 기구장치를 이용하여 화학반응만으로 장기간 지속적으로 발생시킬 수 있는 효과가 있다. As described above, according to the oxygen generating method according to the present invention, there is an effect that the oxygen gas can be continuously generated for a long time by only a chemical reaction using a simple mechanism device.

도1은 본 발명의 산소발생방법의 일 실시예를 나타내는 개략도. 1 is a schematic view showing an embodiment of the oxygen generating method of the present invention.

도2는 비교 예로서 종래의 산소발생방법의 개략도 Figure 2 is a schematic diagram of a conventional oxygen generation method as a comparative example

도3은 또 다른 비교 예의 개략도 3 is a schematic view of another comparative example

※도면 주요부분에 대한 부호의 설명 ※ Explanation of symbols for main parts of drawing

11: 삼각플라스크 12: 고무마개 11: Erlenmeyer flask 12: Rubber stopper

13: 유리대롱 14: 고무호스 13: glass cup 14: rubber hose

15: 수조 16: 히터 15: Countertop 16: Heater

Claims

Oxygen generation method characterized by generating oxygen gas by reacting charcoal and hydrogen peroxide water