KR100454547B1

KR100454547B1 - 이산화염소의 순간 제조 장치

Info

Publication number: KR100454547B1
Application number: KR10-2002-0023501A
Authority: KR
Inventors: 양승휘; 김인오
Original assignee: (주)에스케이 아쿠아테크
Priority date: 2002-04-29
Filing date: 2002-04-29
Publication date: 2004-11-05
Also published as: KR20030085627A

Abstract

본 발명은 이산화염소의 순간 제조 장치에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 튜브 내에 모래층 및 이산화염소 제조반응층이 아래에서부터 위로 순차적으로 충진되고 튜브의 바닥에는 용액을 흡수할 수 있는 다수의 용액흡수구가 마련되고, 튜브의 맨윗부분에는 이산화염소 가스가 배출되는 다수의 기공이 마련된 것을 특징으로 하는 이산화염소의 순간 발생 장치에 관한 것이다. 이 발생 장치를 통해 이산화염소를 소규모로 필요한 목적에 따라 알맞고 안전하며 편리하고 순간적으로 빠르게 발생시키는 것이 가능하다.

Description

이산화염소의 순간 제조 장치{Apparatus for rapid producing chlorine dioxide}

본 발명은 이산화염소의 순간 제조 장치에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 튜브 내에 모래층 및 이산화염소 제조반응층이 아래에서부터 위로 순차적으로 충진되고 튜브의 바닥에는 용액을 흡수할 수 있는 다수의 용액흡수구가 마련되고, 튜브의 맨윗부분에는 이산화염소 가스가 배출되는 다수의 기공이 마련된 것을 특징으로 하는 이산화염소의 순간 발생 장치에 관한 것이다.

이산화염소는 염소의 산화물로서 분자식은 ClO₂(Cl:+4)인 가스(기체)로 비릿한 자극성 있는 염소 냄새와 유사한 특징이 있다. 녹황색 가스인 이산화염소는 농도가 높으면 즉 분압이 30mmHg 이상에서 폭발 위험성이 있는 것으로 이미 보고된바 있다. 이산화염소는 폭발위험성과 제조에 어려움이 있음에도 불구하고 그 살균 소독력이 넓고(바이러스, 박테리아, 원생동물, 곰팡이 등) 강하며 탈취 및 표백력 또한 우수하여 정수장, 섬유, 펄프 공장 등에서 널리 사용되고 있다. 상온에서 햇빛, 물 등에 의해 쉽게 분해되어 Cl^-, ClO₂ ^-, ClO₃ ^-등으로 변하는 특성이 있어 상용화에 어려움이 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 이산화염소를 안정화시키기 위한 여러가지 방법들이 소개되어 있다.

먼저, 미국특허 제 4,473,115호에는 활성 산소원으로 오존, 과산화수소, 칼슘, 마그네슘, 나트륨, 요소의 과산화물 및 알칼리금속의 인산, 황산, 붕산, 과산화물 또는 알칼리금속의 인산염, 황산염, 탄산염, 붕산염의 혼합물 수용액에 이산화염소를 흡수시키는 방법에 대해 기술하고 있으며, 미국특허 제 3,271,242에서는 이산화염소를 붕산 나트륨 과산화물 수용액에 흡수시켜 온도를 상승시키면서 가열하는 방법을 기술하고 있다.

그러나, 상기 방법들은 과산화물의 라디칼(radical)을 이용하기 위해 오존, 과산화수소 등의 활성 산소원을 첨가하게 되고 또한 이산화염소의 안정화를 위해 과산화물 및 다수의 알칼리염을 포함한 수용액을 제조한 후, 여기에 이산화염소를 흡수시키는 방법이므로, 용액의 구성이 복잡해지고, 다수의 화학물질을 사용해야 하는 등, 전반적인 공정이 복잡하고 비경제적이라는 단점뿐만 아니라 안정화면에 있어서도 확신할 수 없다.

본 발명자는 상기한 바와 같은 종래 기술의 단점을 보완하고자 예의 연구한 결과, 후술하는 간단한 장치만으로도 상기 업급된 문제점들인 수용액계의 복잡성, 비경제성, 불안정성 등의 문제를 해결하고 소규모로 필요한 목적에 따라 안전하고 편리하며 순간적으로 빠르게 이산화염소를 발생하는 것이 가능함을 확인하고 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

따라서, 본 발명의 목적은 수용액계의 복잡성, 비경제성, 불안정성 등의 문제를 해결하고 소규모로 필요한 목적에 따라 안전하고 편리하며 순간적으로 빠르게 이산화염소를 발생하는 장치를 제공하는데 있다.

또다른 일면에 있어서, 본 발명의 목적은 이산화염소를 제조함에 있어서 폭발의 위험성이나 상온에서 햇빛이나 물 등에 의해 쉽게 분해되는 여러가지 어려움이 개선되고 소규모로 필요한 목적에 따라 안전하고 편리하며 순간적으로 빠르게 이산화염소를 발생하는 장치를 제공하는데 있다.

상기한 바의 본 발명의 목적은 튜브 내에 모래층 및 이산화염소 제조반응층이 아래에서부터 위로 순차적으로 충진되고 튜브의 바닥에는 용액을 흡수할 수 있는 다수의 용액흡수구가 마련되고, 튜브의 맨윗부분에는 이산화염소 가스가 배출되는 다수의 기공이 마련된 것을 특징으로 하는 이산화염소의 순간 발생 장치에 의해 달성될 수 있다.

도 1은 발명에 따른 이산화염소의 순간 발생 장치의 개략도.

도 2는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 이산화염소의 순간 발생 장치의 개략도.

본 발명에 의하면 튜브 내에 모래층 및 이산화염소 제조반응층이 아래에서부터 위로 순차적으로 충진되고 튜브의 바닥에는 용액을 흡수할 수 있는 다수의 용액흡수구가 마련되고, 튜브의 맨윗부분에는 이산화염소 가스가 배출되는 다수의 기공이 마련된 것을 특징으로 하는 이산화염소의 순간 발생 장치가 제공된다.

이하, 본 발명에 따른 이산화염소의 순간발생장치에 관하여 더욱 상세히 설명한다.

상기 소규모 이산화염소 발생장치는 원통형으로 그 밑부분에 작은 구멍(용액 흡수구)을 내어, 반응에 필요한 물이나 산·염기용액을 흡수통과할 수 있게 하였다. 본 발명에 따른 장치는 직경이 10∼20㎜인 유리튜브의 밑부분에 작은 구멍을 3∼10개 뚫고 그 구멍을 여과지와 펄프 분말을 1∼2㎝로 충진한다. 튜브의 길이에는 특별한 제한은 없다. 장치의 바닥에는 반응액이 위로 신속하게 전개될 수 있게 혼합한 화학처리된 모래층을 충진한다. 하부의 모래층은 여러 크기의 모래와 실리카겔을 반응액이 윗부분으로 빠르고 잘 전개되어 올라갈 수 있게 혼합하여 충진한다. 또한 모래층을 Ca(ClO)₂등의 화합물로 처리한다. 그의 상부는 이산화염소 제조 반응층으로서, 이산화염소 발생 원료 화합물을 다져서 넣는데, 이산화염소 발생을 위하여 NaClO₂단독 또는 Ca(ClO)₂또는 트리클로로이소시뉴릭산 또는 디클로로이소시뉴릭산염을 혼합하거나, CO₂의 발생을 위하여 여러 가지 탄산염(Na₂CO₃, NaHCO₃, K₂CO₃, CaCO₃, MgCO₃등)을 충진하여 사용한다. 이 탄산염은 산용액과의 접촉으로 탄산가스를 발생시키고 이것이 이산화염소를 상부로 밀어 올려 빠르게 배출되도록 할뿐만 아니라, 폭발의 위험성을 방지하는 역할을 수행한다. 산용액으로는 NaH₂PO₄,NaHSO₄또는 pK_a가 4이하인 기타 유기산이나 무기산 중에서 선택하여 사용할 수 있다. 이러한 유기산의 예로서는 아세토아세틱산, 아디픽산, m-, p-벤조설폰산, 아니식산, 아스코르빅산, d-, l-아스파틱산, 바뷰릭산, 벤조산, 벤조설폰산, 브로모아세틱산, o-, m-브로모벤조산, 클로로벤조산, β-클로로뷰티릭산, m-클로로신남산, o-, m-클로로페녹시아세틱산, o-클로로페닐아세트산, α-, β-클로로프로피온산, cis-신남산, 시트릭산, 시아노아세틱산, δ-시아노뷰티릭산, 시아노페녹시아세트산, 시아노프로티온산, 시틀로헥산-1:1-디카복실산, 시클로프로판-1:1-디카복실산, 디클로로아세틱산, 디클로로아세틸아세틱산, 디하이드록시벤조산. 디하이드록시말릭산, 디하이드록시타타르산, 디메틸글라이신, 디메틸말론산, 디니그틴산, 디니트로페놀, 디페닐아세틱산, 플루오로벤조산, 포름산, 퓨말산, 퓨란카르복실산, 퓨로익산, 글리콜릭산, 디퓨릭산, o-히드록시벤조산, 요도아세트산, 요도벤조산, 이타코닉산, 젖산, 루티디닉산, 말레익산, 말릭산, 말론산, d-, l-만델산, 메틸말론산, 메틸석신산, 나프탈렌설폰산, α-나프토익산, 니트로벤젠, 니트로벤조산, 니트로페닐아세틱산, 옥살산, o-페닐벤조산, o-, m-, p-프탈산, 피크릭산, 퀴놀리닉산, 설파닐릭산, 타타르산, 테레프탈산, 티오아세트산, 티오펜카르복실산, 톨루익산, 트리히드록시벤조산, 트리니트로페놀, 유릭산 등을 들 수 있다. 무기산으로는 염산, 인산, 황산, 질산용액을 사용할 수 있다. 대표적인 예로서 황산을 사용할 수 있으나, 희석한 염산, 질산 및 pK_a가 4이하인 유기산도 동일한 결과를 산출한다.

튜브의 맨윗부분에는 이산화염소 가스가 배출될 수 있는 다수의 기공을 마련한다.

이상과 같은 구조의 장치를 물이나 희석된 산·산성염 용액이 담겨진 용기에 놓아주면 밑부분으로부터 용액이 흡수 전개하여 반응하여 이산화염소가 발생한다. 통상적으로 5∼10분 정도에 녹황색의 이산화염소 가스와 무색의 탄산가스가 발생한다.

본 발명은 다른 바람직한 실시형태에 따르면, 이산화염소 제조 장치는, 도 2에 나타낸 바와 같이, 튜브 내에 모래층 및 이산화염소 제조반응층이 아래에서부터 위로 순차적으로 충진되고, 튜브의 맨윗부분에는 이산화염소 가스가 배출되는 다수의 기공이 마련되고, 튜브의 바닥이 밀폐되고, 대신에 용기의 중앙에 적은 직경의 튜브를 삽입하고, 그 튜브의 하단을 약 2㎜ 직경의 용액흡수 구멍 2∼10개를 만들고, 여과지나 펄프 분말을 깔아 혼합된 모래층이 상기 용액흡수구를 통해 새어나가지 않도록 하도록 구성하여도 좋다. 이 경우에는 반응용액조가 필요가 없으며, 내부의 용액관이 반응조의 역할을 수행하고 그 하부에서 부터 모래층을 통해 반응액이 상부로 전개되면서 이산화염소 가스를 제조하는 방식이다.

이하, 본 발명의 대한 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 본 실시예는 본 발명의 이해를 돕기위해 기술한 것으로 발명의 내용 및 범위를 제한하지 않는다.

[실시예 1]

길이가 15cm, 직경이 10㎜인 유리튜브의 밑부분에 작은 구멍을 8개 뚫고 여과지와 펄프 분말을 1.5㎝로 충진하고, 그위를 모래층 2㎝ 두께로 충진한 유리튜브의 상부에 NaClO₂4g을 단독 충진하여 5% 황산용액으로 전개시킨 결과, 72%의 이산화염소가 발생되었다.

[실시예 2]

실시예 1에서와 동일한 장치를 사용하고, 동일하게 필터와 모래층으로 충진한 유리튜브의 상부에 NaClO₂2g과 NaHCO₃3g을 잘 혼합한 분말을 충진하고 5%의 황산용액으로 전개시킨 결과, 빠른 속도로 이산화염소와 탄산가스가 발생하였다. 수율 82%.

[실시예 3]

실시예 1에서와 동일한 장치를 사용하고, 동일하게 필터와 모래층으로 충진한 유리튜브의 상부에 NaClO₂2g과 Ca(ClO)₂1.2g, Na₂CO₃1.5g을 고루게 혼합한 분말과 동량 부피의 모래를 섞은 혼합물을 충진하였다. 10%의 황산 또는 인산 용액을 전개시켰을때 고수율 80% 이상의 이산화염소가스와 탄산가스가 발생하였다.

[실시예 4]

실시예 1에서와 동일한 장치를 사용하고, 동일하게 필터와 모래층으로 충진한 유리튜브의 상부에 NaClO₂2g과 Ca(ClO)₂1.2g, Na₂CO₃1.5g, NaHCO₃3g 및 NaHSO₄2.3g를 고루게 혼합한 분말과 두배 부피의 모래를 섞은 혼합물을 충진하였다. 10%의 무기산용액을 전개시켰을 때 이산화염소 가스와 탄산가스가 신속하게 발생하였다. 수율 92%.

[실시예 5]

실시예 1에서와 동일한 장치를 사용하고, 동일하게 필터와 모래층으로 충진한 유리튜브의 상부에 NaClO₂2g, NaClO₃2.7g, NaCO₃1.5g, NaHCO₃3g 및 NaHSO₄2g를 혼합한 분말과 두배의 모래를 혼합하여 충진하였다. 5%의 무기산으로 전개시켰을 때 이산화염소 가스와 탄산 가스가 발생하였다. 수율 62%.

종래에 생산되는 이산화염소는 농도 및 빛에 대한 불안정성으로 인해 실용화에 많은 어려움이 있었으며 높은 농도에서는 폭발의 위험성도 가지고 있었다. 또한 수용액으로 생산되는 이산화염소는 수용액계의 복잡성, 비경제성, 불안정성 등의 문제점들을 수반하고 있다. 이러한 문제점들을 해결하기 위해 본 발명에서는 원통형의 이산화염소 발생 장치를 고안하여 그 밑부분에 작은 구멍을 내어, 후에 반응에 필요한 물이나 무기산, pK_a가 4이하인 여러가지의 유기산, 산성염용액 등이 흡수통과할 수 있게 하였다. 화학적으로 처리한 여러 크기의 모래와 실리카겔이 반응액을 윗부분으로 빠르고 잘 전개되어 올라갈 수 있게 혼합된 모래층으로 충진함으로써 발생 장치를 통해 이산화염소를 소규모로 필요한 목적에 따라 알맞고 안전하며 편리하고 순간적으로 빠르게 이산화염소를 발생되게 할 수 있다. 이산화염소의 수율 또한 70%이상으로 얻을 수 있다.

Claims

튜브 내에 모래층 및 이산화염소 제조반응층이 아래에서부터 위로 순차적으로 충진되고 튜브의 바닥에는 용액을 흡수할 수 있는 다수의 용액흡수구가 마련되고, 튜브의 맨윗부분에는 이산화염소 가스가 배출되는 다수의 기공이 마련된 것을 특징으로 하는 이산화염소의 순간 발생 장치.
제1항에 있어서, 장치의 바닥이 밀폐되고, 용기의 중앙에 적은 직경의 튜브(용액관)이 삽입되고, 그 튜브의 하단에 다수의 용액흡수구가 있는 것인 이산화염소의 순간 발생 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 이산화염소 제조 반응층의 충진제는 NaClO₂, Ca(ClO)₂트리클로로이소시뉴릭산, 디클로로이소시뉴릭산염 또는 이들의 혼합물이거나, 또는 Na₂CO₃, NaHCO₃, K₂CO₃, CaCO₃, 및 MgCO₃으로부터 이루어진 군 중에서 선택되는 탄산염이거나 또는 이들 각 성분의 혼합물 중에서 선택되는 것인 이산화염소의 순간 발생 장치.
튜브 내에 모래층 및 이산화염소 제조반응층을 아래에서부터 위로 순차적으로 충진시키고, 장치의 바닥에는 용액을 흡수할 수 있는 다수의 구멍을 설치하고,전개용액으로서 무기산, 산성염 NaHSO₄, NaH₂PO₄또는 pK_a가 4이하인 유기산 용액으로 전개시켜 이산화염소를 방생시키는 방법.