KR100675829B1 - 다공성 환원 촉매제의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 다공성 환원 촉매제의 제조방법에 관한 것으로, ⅰ) 산화마그네슘, 이산화규소, 산화철, 알루미나, 산화칼슘, 산화칼륨 및 산화나트륨을 각 200~250 메시로 미분하여 혼합하고 여기에 토르말린 원석을 320~330 메시로 미분한 분말을 첨가하여 혼합 분말을 얻고, ⅱ) 광석에서 추출한 액상 세라믹에 티타늄과 노바론(은계 무기항균제)을 혼합하여 액상 세라믹 바인더를 제조하고, ⅲ) 상기 ⅰ)의 혼합 분말과 ⅱ)의 액상 세라믹 바인더를 혼합기에서 혼합 반죽하고 압축 회전 절단기에서 소정의 크기로 성형한 다음, ⅳ) 열풍 건조기에서 건조시킨 후 전기로에서 150~200℃의 온도로 0.5~3시간 열처리하여 다공성 환원 촉매제를 제조하는 방법에 관한 것이다.
상기 제조방법에 의해 얻어지는 다공성 환원 촉매제는 물과 반응을 일으켜 수소라디칼 현상을 통해 산화환원 전위(ORP)를 낮추게 하므로 물속의 용존 산소를 높여 주며, 상대적으로 수소 이온 농도(pH)를 높여 약알칼리성 물로 물성을 변화시킬 뿐만 아니라 물속에 미약 전류가 흐르게 되어 파장과 파동에 의한 에너지를 생성하여 물의 분자간 변화를 일으켜 분해작용을 활발히 촉진함으로써 몸에 좋다는 조밀한 물 즉, 물분자가 작은 클러스터(물집단)로 자유로운 물의 공급을 가능하도록 하는 효과가 있다.
다공성, 환원, 촉매제, 제조방법, 수소라디칼, 산화환원 전위(ORP)
Description
본 발명은 다공성 환원 촉매제의 제조방법에 관한 것으로, 좀더 상세하게는 산화마그네슘, 이산화규소, 산화철, 알루미나, 산화칼슘, 산화칼륨 및 산화나트륨, 그리고 토르말린의 혼합 분말을, 광석에서 추출한 액상 세라믹에 티타늄과 노바론(은계 무기항균제)을 혼합한 액상 세라믹 바인더와 혼합 반죽하고 소정의 크기로 성형한 다음, 건조 후 저온 열처리하여 다공성 환원 촉매제를 제조하는 방법에 관한 것이다.
상기 제조방법에 의해 얻어지는 다공성 환원 촉매제는 물과 반응을 일으켜 수소라디칼 현상을 통해 산화환원 전위(ORP, Oxidation Reduction Potential)를 낮추게 하므로 물속의 용존 산소를 높여 주며, 상대적으로 수소 이온 농도(pH)를 높여 약알칼리성 물로 물성을 변화시킬 뿐만 아니라 물속에 미약 전류가 흐르게 되어 파장과 파동에 의한 에너지를 생성하여 물의 분자간 변화를 일으켜 분해작용을 활발히 촉진함으로써 몸에 좋다는 조밀한 물 즉, 물분자가 작은 클러스터(물집단)로 자유로운 물의 공급을 가능하도록 하는 효과가 있다.
인간이 섭취하는 물은 여러 가지로 분리할 수 있으나, 기능적인 측면에서 분리하자면 육각수, 산성수, 전해 혹은 천연 알칼리수, 탈기수, 전자수, 파이워터, 자기수 등으로 구분될 수 있다.
일반적으로 학계에서는 몸에 좋은 물이란 약알칼리 물이어야 하며 장기세포는 물론 피부나 근육의 조직세포에 이르기까지 환원력(-)100~(-)200mV를 필요로 하기 때문에 물로 인한 산화환원 전위가 낮은 물의 섭취는 매우 중요하며 물의 분자구조 역시 적을수록 좋을 뿐만 아니라 물의 온도가 0℃-5℃의 찬물이 될수록 육각비율이 증가하므로 체내 흡수가 빠르고 신진대사를 좋게 한다고 알려져 있다.
그러나, 현재 보편화 된 알칼리 생성 및 환원수 생성방법으로서 전기분해 방식인 알칼리 이온수기나 전해 환원수기를 이용하는 방법 외에는 알칼리 환원수를 음용할 수 없다는 문제가 있다.
또 다른 한편으로는 전기분해 방식으로 알칼리 이온수 또는 환원수를 얻기 위해선 필수적으로 산성물을 생성시키지 않으면 안 되는 폐단으로, 물의 낭비를 가중시키게 할 뿐만 아니라 0℃~5℃의 찬물로 변화를 주는 방법이나 육각비율을 증가시키는 방법에 있어서 전혀 불가능하다는 점과, 전기분해 방식으로 얻어진 알칼리 환원수를 다른 용기에 따로 보관 음용하기에도 부적합하다는 단점이 지적되고 있다.
또한, 수소생성과 수소이온농도(pH)의 생성된 물은 일상생활에서 매우 필수적이며 유용하게 사용될 수 있는 것이지만, 지금까지 수소생성 및 수소이온농도 생성을 위한 시스템은 전기분해 방식이 아니면 금속 산화환원 물질을 침전시켜 얻는 방법 외에는 불가능하였다.
따라서, 본 발명에서는 상기한 점을 감안하여 이루어진 것으로, 천연광석에서 분류한 원료를 주재료로 사용하여 기존의 전기분해 방식이 아닌 자연 환원방식으로 약알칼리성을 유지하고 산화환원 전위에 의해 산화력 있는 물(+mV)를 환원력이 있는 물(-mV)로의 변화를 촉매하는 방식으로, 수소이온농도(pH) 및 수소를 생성시키는 환원촉매제를 얻고자 하는 것이다.
본 발명은 산화마그네슘, 이산화규소, 산화철, 알루미나, 산화칼슘, 산화칼륨 및 산화나트륨, 그리고 토르말린의 혼합 분말을, 광석에서 추출한 액상 세라믹에 티타늄과 노바론을 혼합한 액상 세라믹 바인더와 혼합 반죽하고 소정의 크기로 성형한 다음, 건조 후 저온 열처리하여 다공성 환원 촉매제를 제조하는 방법이 특징이다.
상기한 본 발명의 다공성 환원 촉매제는 물과 반응하여 적당한 pH를 유지하면서 산화환원 전위를 낮추어 기능성 환원수를 얻을 수 있다.
이하, 본 발명의 구성에 대해 상세히 설명한다.
본 발명의 다공성 환원 촉매제의 제조방법은 하기의 단계로 이루어진다.
ⅰ) 산화마그네슘, 이산화규소, 산화철, 알루미나, 산화칼슘, 산화칼륨 및 산화나트륨을 각 200~250 메시로 미분하여 혼합하고 여기에 토르말린 원석을 320~330 메시로 미분한 분말을 첨가하여 혼합 분말을 얻고,
ⅱ) 광석에서 추출한 액상 세라믹에 티타늄과 노바론을 혼합하여 액상 세라믹 바인더를 제조하고,
ⅲ) 상기 ⅰ)의 혼합 분말과 ⅱ)의 액상 세라믹 바인더를 혼합기에서 혼합 반죽하고 압축 회전 절단기에서 소정의 크기로 성형한 다음,
ⅳ) 열풍 건조기에서 건조시킨 후 전기로에서 150~200℃의 온도로 0.5~3시간 열처리하여 다공성 환원 촉매제를 제조하는 방법
여기서, 상기 ⅰ)의 혼합분말은 산화마그네슘 36~53 중량%, 이산화규소 16~20중량%, 산화철 10~13중량%, 알루미나 6~9 중량%, 산화칼슘 3~5 중량%, 산화칼륨 0.1~0.5 중량%, 산화나트륨 0.5~1.9 중량% 및 강열 감량 11.4~14.6중량%으로 이루어진다.
상기 산화마그네슘의 함량이 36 중량% 미만이면 얻어지는 제품의 산화환원 전위가 불만족하여 좋지 않고, 반대로 53 중량%를 넘어도 너무 과량이어서 pH가 너무 올라가거나 혹은 과량의 산화마그네슘이 녹으면서 이물질을 생성할 가능성이 있어, 산화마그네슘의 함량은 36~53 중량%가 바람직하다.
상기 이산화규소는 물을 연수로 만드는 성분으로서 그 함량이 16 중량% 미만이면 얻어지는 환원수가 부드럽지 못하게 되어 좋지 않고, 반대로 20중량%를 넘으면 너무 연하여, 이산화규소 함량은 16~20중량%가 적당하다.
또한, 상기 산화철은 마그네슘과 상호 작용을 하여 자화력을 증대시키는 성분으로서 그 함량이 10 중량% 미만이면 역할이 미미하여 좋지 않고, 반대로 13 중량%를 넘으면 인체에 나쁜 영향을 줄 수 있어, 상기 산화철의 함량은 10~13 중량%가 바람직하다.
또한, 상기 알루미나 함량이 6 중량% 미만이면 원하는 pH에 영향을 주지 못해 좋지 않고, 반대로 9 중량%를 넘으면 먹는 물 기준에 벗어날 수 있어, 상기 알루미나 함량은 6~9 중량%가 적당하다.
또한, 상기 산화칼슘과 산화칼륨, 산화나트륨은 산화마그네슘과 상호작용을 하여 수소 발생을 유도하고 pH를 적절히 조정하는 역할을 하는 것으로, 그 함량은 산화칼슘 3~5 중량%, 산화칼륨 0.1~0.5 중량%, 산화나트륨 0.5~1.9 중량%가 각각 바람직하다.
상기 산화마그네슘, 이산화규소, 산화철, 알루미나, 산화칼슘, 산화칼륨 및 산화나트륨의 혼합물에 첨가되는 토르말린의 첨가량은 전체량에 대해 5~15% 정도가 바람직하다.
상기 토르말린은 전기석으로서 전극의 양극 역할을 하며, 나중에 따로 혼합하는 이유는 미리 혼합하게 되면 이러한 전기적 성질이 상실될 우려가 있기 때문으로, 그 함량이 5% 미만이면 첨가의 효과가 없고, 반대로 15% 이상을 첨가하게 되면 추가하는 만큼의 상승 효과가 없어 좋지 않다.
상기 ⅱ)의 액상 세라믹 바인더는 나노 크기의 미분된 벤토나이트가 주성분인 액상 세라믹 93~96.5 중량%에 티타늄 3~5 중량%와 노바론 0.5~2중량%을 혼합하 여 얻어지는 것이 바람직하다.
상기 액상 세라믹 함량이 93 중량% 미만이면 바인더로서의 충분한 역할이 어렵고, 반대로 96.5 중량%를 넘으면 티타늄이나 노바론의 혼합비율이 그만큼 줄어 들어, 상기 액상 세라믹 함량은 93~96.5 중량%가 바람직하다.
또한, 상기 티타늄은 광촉매 역할을 하고 금속을 고화시키는 작용을 하는 성분으로서 너무 적거나 많으면 원하는 환원력이 얻어지지 않아, 상기 티타늄 함량은 3~5 중량%가 적당하다.
또한, 상기 노바론은 항균력 강화를 위해 첨가되는 성분으로 인산지르코늄계 무기 이온교환 담체에 은이온(silver ion)을 담지한 은계 무기항균제로서 그 첨가량이 너무 적으면 첨가의 효과가 없고 너무 많으면 비경제적이어서, 상기 노바론 함량은 0.5~2중량%가 바람직하다.
이하, 본 발명의 다공성 환원 촉매제의 제조방법을 각 단계별로 설명한다.
ⅰ) 제1단계 : 원료 혼합
천연 광물 가운데 산화마그네슘, 이산화규소, 산화철, 알루미나, 산화칼슘, 산화칼륨 및 산화나트륨을 각 200~250 메시로 미분하여 혼합하고 여기에 토르말린 원석을 320~330 메시로 미분한 분말을 첨가하여 혼합 분말을 제조한다.
ⅱ) 제2단계 : 액상 세라믹 바인더 제조
광석에서 추출한 액상 세라믹에 티타늄과 노바론을 혼합하여 액상 세라믹 바인더를 제조한다. 여기서, 상기 광석은 벤토나이트로서 나노 크기로 미분하여 사용하는 것이 바람직하다.
ⅲ) 제3단계 : 혼합물 성형
상기 ⅰ)의 혼합 분말과 ⅱ)의 액상 세라믹 바인더를 혼합기에서 혼합 반죽하고 압축 회전 절단기에서 소정의 크기로 성형한다.
ⅳ) 제4단계 : 건조 및 열처리
열풍 건조기에서 건조시킨 후 전기로에서 저온으로 열처리하되, 150~200℃의 온도에서 0.5~3시간 열처리하여 다공성 환원 촉매제를 얻는다.
이하, 실시예를 통하여 좀더 상세히 설명한다.
실시예
산화마그네슘 38.7g, 이산화규소 17.8g, 산화철 11.5g, 알루미나 7.46g, 산화칼슘 4.00g, 산화칼륨 0.29g 및 산화나트륨 1.11g 을 200~250 메시로 미분말화 한 다음 토르말린 9.3g을 회전 배합기에 넣고, 광석에서 추출한 액상 세라믹 95g에 티타늄 4g와 노바론 1g을 혼합하여 제조한 액상 세라믹 바인더를 혼합시켜 반죽 형태로 혼합한 후, 압축회전 절단기에 넣어 소정의 크기로 성형한다.
이어서, 열풍 건조기에서 건조시킨 후 전기로에 넣어 170℃의 저온에서 1.5시간 저온 열처리하여 세라믹 볼 형상의, 다량의 기공이 존재하는 다공성 환원 촉매제를 얻는다.
상기 실시예에서 얻어진 다공성 환원 촉매제를 그대로 또는 용기에 적층하여 물속에 침전시키는 방법으로 물과의 계속되는 접촉이 이루어지도록 환경을 설정해 시험한 바, 교번자기장에 의한 파장과 파동은 물의 분자구조를 작은 분자구조체, 즉 자유로운 물집단을 이루게 하여 미생물의 억제작용에 따라 살균, 항균 및 탈취효능이 향상되고 물의 신선함과 장기 저장의 용이성을 확인하였다.
이와 같이 얻어진 약알칼리성 물은 산성으로 기울어지기 쉬운 식문화에 있어서의 산독증 현상을 막아주고, 체내·외의 모든 세포가 필요로 하는 산화환원 전위 (-)150~(-)200mV 이상의 환원수 음용이 가능하며, 체내 질소화합물의 결합 또는 활성산소의 생성을 막는 수소라디칼 현상이 계속 유지되는 것을 확인하였다.
구체적으로는, 한쪽 원자에서 다른 쪽 원자로 전자를 넘겨주면서 쌍방의 이온이 결합하는 형식은 물의 파동형태로 전파되는 중요한 결합 형태로서, 예컨대 산소의 양전자 중 하나의 전자가 상실할 때 생성하는 활성산소의 생성을 막고, 수소의 양전자 중 하나의 전자가 활성산소 쪽에 이온 결합하게 됨으로써, 하나의 전자를 잃은 수소는 양자(Proton H')현상으로 변화되어 순간적으로 사라져 버리기 때문에 수소라디칼(활성수소)현상은 물속에서 계속 이루어지는 것이다.
다른 한편으로는 물과의 반응에서 양전자(+e)의 전하와 음전자(-e)의 전하가 교번전하를 일으키게 하여 무한히 작은 것에서 무한히 큰 것에 이르기까지 회전하는 상태, 즉 좌, 우, 상, 하, 하, 상, 우, 좌로 편극화가 이루어짐에 따라 공간적 구조를 이루는 스핀장 또는 회전전자파와 같은 파장과 파동으로 물의 선폭(Hz)를 낮게 함으로 물속에 미약 전류가 흐르게 되어 에너지를 생성케하고 물의 분자간의 변화를 일으켜 물분자가 작은 클러스터(물집단)의 자유로운 물의 공급을 가능케 할 수 있는 것이다.
본 발명에 따라 얻어지는 상기 다공성 환원 촉매제를 사용하는 경우, 교번 자기장(스핀장)에 의한 물의 파장과 파동은 물분자의 변화는 물론 물의 흐름이 계속적 반복 작용으로 이루어져 미생물의 생성을 막고 물의 장기보관을 용이하게 하므로 저수탱크에 물을 효과적으로 관리할 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 따라 얻어진 다공성 환원 촉매제로 성형한 볼을 응용한 정수필터 또는 물통이나 물병에 원형볼을 적층시킬 수 있는 용기에 담아 물성을 변화시키는 방법을 선택할 수 있어 알칼리 환원수의 공급이 대중화될 수 있다.
또한 본 발명에 따라 얻어진 다공성 환원 촉매제로 성형한 원형볼을 통공으로 형성된 볼 케이스에 담아 물속에 침전시켜 물성에 변화를 갖게 한 후 그 물로 야채나 과일 및 김치등의 식품을 씻어 보관할 경우 신선도 증가는 물론 보관에 따른 지속성이 향상되는 효과도 얻게 된다.
상기와 같이, 본 발명에서는 기존의 전기분해 방식이 아닌 자연 환원방식으로 약알칼리(pH8.9-9.5) 물의 유지와 산화환원 전위에 의해 산화력 있는 물(+mV)를 환원력이 있는 물(-mV)로의 변화를 촉매하는 방식으로서 천연광석에서 분류한 원료를 주재료로 사용함으로써, 수소이온농도(pH) 및 수소를 생성시키는 환원촉매제를 얻을 수 있는 것이다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따라 얻어지는 다공성 환원 촉매제는 물 과 반응을 일으켜 수소라디칼 현상을 통해 산화환원 전위를 낮추게 하므로 물속의 용존 산소를 높여 주며, 상대적으로 수소 이온 농도를 높여 약알칼리성 물로 물성을 변화시킬 뿐만 아니라 물속에 미약 전류가 흐르게 되어 파장과 파동에 의한 에너지를 생성하여 물의 분자간 변화를 일으켜 분해작용을 활발히 촉진함으로써 몸에 좋다는 조밀한 물 즉, 물분자가 작은 클러스터(물집단)로 자유로운 물의 공급을 가능하도록 하는 효과가 있어, 관련 분야에의 이용 및 응용이 기대된다 하겠다.
Claims (3)
- ⅰ) 산화마그네슘, 이산화규소, 산화철, 알루미나, 산화칼슘, 산화칼륨 및 산화나트륨을 각 200~250 메시로 미분하여 혼합하고 여기에 토르말린 원석을 320~330 메시로 미분한 분말을 첨가하여 혼합 분말을 얻고,ⅱ) 광석에서 추출한 액상 세라믹에 티타늄과 노바론(은계 무기항균제)을 혼합하여 액상 세라믹 바인더를 제조하고,ⅲ) 상기 ⅰ)의 혼합 분말과 ⅱ)의 액상 세라믹 바인더를 혼합기에서 혼합 반죽하고 압축 회전 절단기에서 소정의 크기로 성형한 다음,ⅳ) 열풍 건조기에서 건조시킨 후 전기로에서 150~200℃의 온도로 0.5~3시간 열처리하여 다공성 환원 촉매제를 제조하는 방법
- 제1항에 있어서,상기 ⅰ)의 토르말린 첨가 전의 혼합분말은 산화마그네슘 36~53 중량%, 이산화규소 16~20중량%, 산화철 10~13중량%, 알루미나 6~9 중량%, 산화칼슘 3~5 중량%, 산화칼륨 0.1~0.5 중량%, 산화나트륨 0.5~1.9 중량% 및 강열 감량 11.4~14.6중량%으로 이루어진 것을 특징으로 하는 다공성 환원 촉매제를 제조하는 방법
- 제1항에 있어서,상기 ⅱ)의 액상 세라믹 바인더는 액상 세라믹 93~96.5 중량%에 티타늄 3~5 중량%와 노바론(은계 무기항균제) 0.5~2중량%을 혼합하여 얻어지는 것을 특징으로 하는 다공성 환원 촉매제를 제조하는 방법
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