KR100817730B1 - A chlorine dioxide generator and method - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 본 발명 이산화염소 발생장치의 개략 구성도1 is a schematic configuration diagram of a chlorine dioxide generating device of the present invention
도 2는 도 1의 다른 실시예시도2 is another embodiment of FIG. 1
도 3과 도 4는 본 발명의 이산화염소 가스발생장치와 이산화염소용액을 설명하기 위한 도면3 and 4 are views for explaining the chlorine dioxide gas generator and the chlorine dioxide solution of the present invention
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉<Explanation of symbols for main parts of drawing>
20: 양극전해수 탱크 21.23:염수관20: anode electrolytic water tank 21.23: brine pipe
22,24:전해수 투입기 25:염수전기분해조
26:양극전해수관 27:수소배기관
28:음극 전해수 탱크 30:아염소산염탱크22,24: Electrolyzed water injector 25: Brine electrolyzer
26: anode electrolytic water pipe 27: hydrogen exhaust pipe
28: cathode electrolytic water tank 30: chlorite tank
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31:아염소산염소투입기 32:혼합기31: Chlorine chlorine injector 32: Mixer
33:이산화염소수송관 34:염산탱크33: Chlorine dioxide transport pipe 34: Hydrochloric acid tank
35:염산정량펌프 40,60:수용액저장 및 기체분리장치35: hydrochloric acid fixed
41:가압공기투입구 43,44:밸브 41:
42,63:미세기포 발생용 필터 50:이온교환막 42,63: Microfiber filter 50: Ion exchange membrane
51:양극 52:음극 51: anode 52: cathode
61:가압공기 이젝터 62:공기투입구61: Pressurized air ejector 62: Air inlet
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본 발명은 살균 소독 및 탈취효과를 가진 이산화염소 발생장치 및 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a chlorine dioxide generating apparatus and a manufacturing method having a bactericidal disinfection and deodorizing effect.
일반적으로 이산화염소는 강한 산화력, 살균소독력, 탈취력이 크고 다른 염소 소독 살균제와는 달리 트리할로메탄(THMs), 할로 아세틱 에스드(HAAs), 할로 아세토 나이트릴(HANs) 등 발암성 유기물을 생성하지 않으며, 또 다른 유기물과 반응하여 유기염소화합물을 생성하지 않으므로 수돗물 정수장, 하/폐수 살균소독 및 탈취제로 널리 사용되고 있으며 햇볕이나 온도에 의하여 신속히 분해되어 잔류성이 없는 친환경성 살균소독제로 알려져 있다.Generally, chlorine dioxide has strong oxidizing power, sterilizing power, deodorizing power, and unlike other chlorine disinfectant disinfectants, carcinogenic organic substances such as trihalomethane (THMs), halo acetic nitrate (HAAs), and halo acetonitrile (HANs) It does not generate and does not produce organic chlorine compounds by reacting with other organic materials, so it is widely used as a tap water purification plant, sewage / wastewater disinfection and deodorant, and is known as an eco-friendly disinfectant that has no residue because it is rapidly decomposed by sunlight or temperature.
종래의 이산화염소의 제조방법은 대용량(이산화염소의 무게로 수십에서 수백톤)으로 제조할 경우 소금을 불리막없이 고온에서 전기분해하여 염소산염을 합성하고 이 염소산염을 환원제 아황산이나 염산으로 환원하여 이산화염소를 합성하였다.The conventional method for producing chlorine dioxide is to produce chlorine by electrolyzing salt at high temperature without unfavorable membrane when producing in large capacity (several to several hundred tons by weight of chlorine dioxide) and reducing the chlorate with reducing sulfite or hydrochloric acid Was synthesized.
(전기분해)→ 또는 (Electrolysis) → or
→ →
→ →
→ →
또한, 이산화염소를 일일 수십에서 수백 kg이 필요한 곳에서는 아염소산염을 산화 하여 이산화염소를 생산하여 사용하였는데 다음의 방법들이 알려져 있다.In addition, where chlorine dioxide is needed for several tens to hundreds of kilograms per day, chlorine dioxide is oxidized to produce chlorine dioxide. The following methods are known.
1)아염소산염과 염소법1) chlorite and chlorine method
→ →
2)아염소산염과 차아염소산염 및 무기산법2) chlorite, hypochlorite and inorganic acid method
→ →
→ →
3)아염소산염과 염산이나 황산과 반응하여 이산화염소를 생산할 때 아염이나 무기산의 일정한 농도 이상에서는 반응속도가 빠르나 너무 희석된 농도에서는 반응속도가 느려 부산물이 많이 생성된다.3) When chlorine dioxide is produced by reacting with chlorite and hydrochloric acid or sulfuric acid, the reaction rate is faster than a certain concentration of chlorine or inorganic acid, but a lot of by-products are generated due to a slow reaction rate at too diluted concentration.
→ →
→ →
상기 방법들에서 보는 바와 같이 단순히 반응식대로 반응이 진행되는 것이 아니라 아염소산이 불균등 분해 반응을 일으켜 차아염소산이나 염소산 등으로 중간체를 형성하면서 이산화염소가 생성됨으로 , , , 등의 부산물이 최소화되게 억제할 수 있는 반응조건을 알아내는 것이 대단히 중요하다.As shown in the above methods, the reaction does not proceed simply by reaction, but chlorine dioxide is produced while chlorine acid produces an intermediate decomposition reaction with hypochlorous acid or chloric acid. , , , It is very important to find out the reaction conditions that can suppress the by-products such as to minimize.
다시 말해서, 이들 반응은 반응물의 비율과 농도 및 반응물의 신속하고 균일한 혼합방법, 적당한 산도와 농도 등을 제어함으로써 부반응물을 최소화할 수 있어야 고순도의 이산화염소를 얻을 수 있다.In other words, these reactions can minimize the side reactions by controlling the ratio and concentration of the reactants and the method of rapid and uniform mixing of the reactants, proper acidity and concentration, so that high purity chlorine dioxide can be obtained.
아염소산염을 출발 물질로 사용하여 이산화염소를 제조하는 경우 고압의 유독한 염소 가스를 사용하거나 차아염소산염을 사용하는 경우 심한 경시변화와 보관상의 어려움, 아염소산염과 고농도의 염산 또는 황산을 사용하는 경우 부반응물의 최소화를 위하여 반응조건의 제어가 쉽지 않으며, 전문성을 보유한 기술 인력과 만일의 사고에 대비한 고가의 안전시설이 필수적이다.When chlorine dioxide is prepared using chlorite as a starting material, high pressure toxic chlorine gas or hypochlorite may cause severe change over time and storage difficulties, and chlorite and high concentration of hydrochloric acid or sulfuric acid. In order to minimize the reactants, it is not easy to control the reaction conditions, and technical personnel with expertise and expensive safety facilities for accidents are essential.
또한, 종래에는 소금의 전기 분해시 음극에서 수소와 가성소다가 생성되고 전기분해수 및 고순도의 소금에 미량의 불순물(Ca, Mg)이 있어 음극판에 스케일(, )이 부착되어 전극의 효율이 떨어지고 오래 지속되면 거의 전기분해가 일어나지 않으며 다시 전극판을 산으로 재생하여 사용하여야 하는 번거로움이 있다. In addition, conventionally, hydrogen and caustic soda are generated at the cathode during the electrolysis of salt and trace impurities (Ca, Mg) are present in the electrolytic water and high purity salt. , ), The efficiency of the electrode decreases, and if it lasts for a long time, almost no electrolysis occurs and there is a need to regenerate the electrode plate with acid again.
본 발명에서는 오래전에 알려진 소금 전기 분해 방법을 사용하고 국내에서 생산되고 경시변화가 거의 없는 아염소산염을 사용하여 이산화염소를 안전하고 경제적인 방법으로 제조할 수 있으며, 음극전해수를 염산으로 중화하여 재반복 사용할 수 있는 이산화염소 발생장치 및 제조방법을 제공하는데 있다.In the present invention, using a salt electrolysis method known long time ago, chlorine dioxide produced in the country and using little chlorite with little change over time can be produced in a safe and economical way, re-repetitive by neutralizing the cathode electrolytic water with hydrochloric acid It is to provide a chlorine dioxide generator and a manufacturing method that can be used.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참고로 하여 상세히 설명하면 다음과 같 다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1과 도 2는 본 발명의 개략 구성도로, 다른 부분의 구성은 모두 동일하며, 다만 도 1의 경우는 이젝터(61)를 더 구비한 경우를 나타낸 것이다.1 and 2 is a schematic configuration diagram of the present invention, the configuration of the other parts are all the same, but in the case of Figure 1 shows a case further provided with an
이에 도시된 바와 같이, 염수관(21)을 통해 전해원료물질인 양극전해수를 공급하는 양극전해수탱크(20)와, 염수관(23)을 통해 전해원료물질인 음극전해수를 공급하며 수소배기관(27)을 통해 수소를 공급받는 음극전해수탱크(28)와, 상기 염수관(21)(23)을 매개하여 설치되어 전해수를 투입하는 전해수 투입기(22)(24)와, 이온교환막(50)을 통해 양극(51)과 음극(52)으로 분리되며 상기 양극전해수탱크(20)와 음극전해수탱크(28)로부터 양극전해수와 음극전해수를 공급받는 전기분해조(25)와, 염산이 저장된 염산탱크(34) 및 반응원료물질인 아염소산염이 저장된 아염소산염탱크(30)와, 상기 염산탱크(34)로부터 정량의 염산이 공급되도록 하는 염산정량펌프(35)와, 상기 전기분해조(25)의 양극영역에서 발생된 차아염소산(HClO)이나 염소()가 아염소산염과 혼합하여 이산화염소를 발생시키는 혼합기(32)와, 상기 혼합기(32)로부터 발생된 이산화염소를 저장하는 수용액저장 및 기체분리탱크(40)와, 상기 수용액저장 및 기체분리탱크(40)로부터 배출되는 가스상태의 이산화염소의 개폐를 제어하는 밸브(44) 및 액상상태의 이산화염소의 개폐를 제어하는 밸브(43)와, 상기 수용액저장 및 기체분리탱크(40)에 고압공기를 제공하는 이젝터(61)를 포함하여 구성된 것이다.As shown in the drawing, the positive electrode electrolyzed
도 3과 도 4는 상기 수용액저장 및 기체분리탱크(40)의 가스식과 액상식을 나타낸 것으로, 도 4의 경우는 이젝터(61)가 더 추가된 경우를 나타낸 것이다.3 and 4 show the gas and liquid phase of the aqueous solution storage and
먼저, 도 3의 경우, 수용액저장 및 기체분리탱크(40)에 공기를 투입하기 위한 가압 공기 투입구(41)와, 이산화염소를 투입하기 위한 이산화염소 수송관(33)과, 상기 수용액저장 및 기체분리탱크(40)의 상단에 설치되어 가스상태의 이산화염소를 배출하기 위한 밸브(44)와, 상기 수용액저장 및 기체분리탱크(40)의 하단에 설치되어 액상상태의 이산화염소를 배출하기 위한 밸브(43)로 구성된 것이다.First, in the case of Figure 3, the pressurized
또한, 도 4의 경우는 수용액저장 및 기체분리탱크(60)에 공기를 투입하기 위한 공기 투입구(62)와, 이산화염소를 투입하기 위한 이산화염소 수송관(33)과, 상기 수용액저장 및 기체분리탱크(60)의 상단에 설치되어 공기를 유입하기 위한 가압공기 이젝터(61)와, 상기 수용액저장 및 기체분리탱크(40)의 하단에 설치되어 이산화염소를 액상으로 배출하기 위한 밸브(43)로 구성된 것이다.4, the
이와 같이 구성된 본 발명의 작용을 설명하면 다음과 같다.Referring to the operation of the present invention configured as described above is as follows.
본 발명의 이산화염소 발생장치는 전해 원료 물질인 염수(NaCl)탱크(20,28)와 반응원료 물질인 아염소산염탱크(30), 전기분해조의 양극영역에서 발생된 차아염소산(HClO)이나 염소()가 아염소산염과 혼합하여 이산화염소가 발생되는 혼합기(32), 또 혼합기(32)에서 발생된 이산화염소 수용액을 저장하는 수용액저장 및 기체분리탱크(40)로 구성되어 있다.Chlorine dioxide generator according to the present invention is a salt water (NaCl) tank (20,28) of the electrolytic raw material and chlorite tank (30) of the reaction raw material, hypochlorous acid (HClO) or chlorine (HClO) generated in the anode region of the electrolysis tank ) Is composed of a
상기 이산화염소 수용액저장 및 기체분리탱크(40)는 사용목적에 따라 수용액으로 또는 이산화염소를 공기로 추출 기화하여 기체상으로 살균소독 및 탈취하게 된다. The chlorine dioxide aqueous solution storage and
기체방식은 수용액저장 및 기체분리탱크(40) 밑바닥에 장치된 미세한 다공성(10μm이하) 초자 또는 자기로 제조된 다공성필터인 미세기포발생용 필터(42)가 장착되어 외부에서 가압공기 투입구(41)를 통해 압축공기를 투입하여 미세한 공기 방울이 상승하며 이산화염소를 추출하여 공기와 함께 배출된다.The gas method is equipped with a
또한, 도 4는 본 발명의 다른 실시예를 나타낸 것으로, 가압공기 이젝터(61)를 이용하여 이산화염소 수용액저장 및 기체분리탱크(60)내부에 발생된 감압으로 미세 공기 방울이 발생되고, 이 방울이 상부로 상승하면서 이산화염소를 추출하여 공기와 함께 배출되며, 상기 이산화염소 수용액저장 및 기체분리탱크(60) 내부에는 미세기포 발생용 필터(63)가 설치되어 있다.In addition, Figure 4 shows another embodiment of the present invention, by using a pressurized
전기분해조(25)는 양극영역과 음극영역을 분리하는 이온 교환막(Membrane)(50)이 설치되어 있다. The
원료인 소금은 물에서 해리되어 Na+, Cl- 이온으로 분리되며 해리된 이온은 양극판에서 음이온인 염소가 양극에 전자를 주고 염소()가 발생되며, 이 염소 분자는 물에서 가수분해되어 차아염소산과 염산이 만들어진다.Salt, which is a raw material, is dissociated from water and separated into Na + and Cl- ions. ), These chlorine molecules are hydrolyzed in water to form hypochlorous acid and hydrochloric acid.
이 양극전해수는 양극전해수관(26)을 통하여 혼합기(32)에 유입되며, 이 혼합기(32)에서 아염소산염 탱크(30)로부터 반응물인 아염소산염이 혼합되어 이산화염소가 발생되어 이산화염소 수용액저장 및 기체분리탱크(40)에 저장된다.The cathode electrolyzed water is introduced into the
이 과정을 화학식으로 표시하면 다음과 같다.This process is represented by the following formula.
→ →
양극 → anode →
+ → + →
→ →
→ →
→ →
+ → + →
이와 같이 발생된 이산화염소 수용액은 수용액저장 및 기체분리탱크(40)에 저장되고 이산화염소 수용액은 목적에 따라 액상 또는 기체상으로 살균 소독 및 탈취제로 사용되는데 액상으로 사용되는 경우에는 도 3에 도시된 바와 같이 밸브(43)를 통해 배출되는 한편, 가스로 사용되는 경우에는 수용액저장 및 기체분리탱크(40)상단의 밸브(44)를 통해 가스를 배출하여 가스식으로 사용할 수 있는 것이다.The chlorine dioxide aqueous solution thus generated is stored in the aqueous solution storage and
음극에서 발생되는 수소는 대기로 방출되고, 가성소다는 염산탱크(34)에서 염산정량펌프(35)로 중화하여 음극전해수로 재사용할 수 있어 음극에 필요한 전해수인 소금을 절약할 수 있고, 전해수의 반복 사용으로 인한 음극판에 스케일( )이 부착되지 않아 음극판의 효율을 극대화 할 수 있다.Hydrogen generated at the cathode is discharged to the atmosphere, and caustic soda can be neutralized by hydrochloric
<실시예 1> <Example 1>
2%의 염수를 100ml/min씩 전기분해조(25)에 투입하고, 이때 전압은 5V(8A)로 고정하여 전기분해하며, 양극에서 생성된 전해수와 아염소산염용액 100ml/min(0.342%)를 혼합기(32)에 투입하면 이산화염소(351ppm)가 발생된다.2% of brine is added to the
<실시예 2><Example 2>
2%의 염수를 50ml/min 씩 전기분해조(25)에 투입하고, 이때 전압은 5V(11A)로 고정하여 전기분해하며, 양극에서 생성된 전해수와 아염소산용액 50ml/min(0.152%)를 혼합기(32)에 투입하면 이산화염소(1,133ppm)가 발생된다.2% of brine is added to the
<실시예 3><Example 3>
3%염수를 100ml/min씩 전기 분해조(25)에 투입하고, 이때 전압을 5V(12A)로 고정하여 전기분해하며, 양극에서 생성된 전해수와 아염소산염용액 100ml/min(0.3%)를 혼합기(32)에 투입하면 이산화염소(1,119ppm)가 발생된다.Add 3% brine to the
<실시예 4><Example 4>
3%의 염수를 50ml/min씩 전기분해조(25)에 투입하고, 이때 전압을 5V(16A)로 고정하여 전기 분해하며, 양극 전해수와 아염소산염 용액 50ml/min(0.452%)을 혼합기(32)에 투입하면 이산화염소(3,371ppm)가 발생된다.3% of the brine is added to the
<실시예 5><Example 5>
이산화염소수용액(3,370ppm)을 10μm의 미세공의 미세기포 발생용 필터(42)가 부착된 수용액저장 및 기체분리탱크(40)(직경 10cm, 길이 100cm)에 넣고 분당 200ml의 공기를 15분간 주입하면 미세기포에 의하여 이산화염소가 약 80% 추출되었다.Aqueous chlorine dioxide solution (3,370ppm) was put into an aqueous solution storage and gas separation tank 40 (10 cm in diameter and 100 cm in length) with a
<실시예 6><Example 6>
이산화염소 수용액(3,370ppm)을 10μm의 미세공의 미세기포 발생용 필터(63)가 부착된 수용액저장 및 기체분리탱크(60)(직경 10cm, 길이 100cm)에 넣고 외부에 설치된 이젝터(61)를 가동하면 칼럼 내부에 감압이 이루어지면서 미세한 기포가 수용액저장 및 기체분리탱크(60)의 하부에서 발생하여 상승하면서 이산화염소가 약 18분 후 83% 추출되었다.Aqueous chlorine dioxide solution (3,370ppm) is placed in an aqueous solution storage and gas separation tank (60) (10 cm in diameter and 100 cm in length) with a 10-micron fine pore micro-bubble filter (63) attached to the ejector (61). When operating, the decompression was carried out inside the column, and fine bubbles were generated at the bottom of the aqueous solution storage and
이상에서 상세히 설명한 바와 같은 본 발명은 염소계 소독제와는 달리 발암성의 유기 염소 화합물(THMs, HAAs, HANs)이 생성되지 않으며 오존 다음으로 강한 살균 소독 및 탈취력이 있다.Unlike the chlorinated disinfectant, the present invention as described in detail above does not generate carcinogenic organic chlorine compounds (THMs, HAAs, HANs) and has strong sterilization and deodorizing power after ozone.
또한, 본 발명은 이산화염소 제조장치가 간단하고 위험성이 없어 전문지식이 없어도 사용이 가능하고 전기료, 생산 원료비를 크게 절감할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 순수한 이산화염소 기체를 공기와 같이 사용하여 액체 살균 소독 및 탈취제를 사용할 수 없는 곳에서도 사용 가능한 효과가 있다.In addition, the present invention can be used even without specialized knowledge because the chlorine dioxide production apparatus is simple and there is no risk, and there is an effect that can significantly reduce the cost of electricity, production raw materials.
In addition, the present invention has the effect that can be used even where the liquid sterile disinfection and deodorant can not be used by using pure chlorine dioxide gas as air.
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