KR101005914B1 - 안정적이고 효과적으로 산소를 발생시키는 신규한 촉매블럭조성물 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 산소 발생반응에 사용되는 촉매블럭에 관한 것으로 더욱 상세하게는,
이산화망간(MnO2), 요오드화칼륨(KI) 또는 암모늄염 중에서 선택되는 산소 발생반응의 촉매분말과;
석고, 시멘트, 고분자, 점토, 고령토 중 어느 하나 또는 이들의 혼합물 중에서 선택되는 매질과:
상기 매질과 촉매분말이 중량비 기준으로 매질:촉매분말 1:1~10:1로 혼합되는 산소 발생반응에 사용되는 촉매블럭을 특징으로 한다.
본 발명의 촉매블럭에 의하면 단위시간당 발생되는 산소의 양을 안정적으로 확보할 수 있고 반응계의 온도가 급격히 상승되는 현상을 방지할 수 있으므로 매우 효과적이고 안정적으로 산소 발생반응을 유도할 수 있다.
산소 발생, 촉매, 석고, 시멘트, 고분자, 이산화망간
Description
본 발명은 산소 발생장치의 촉매 조성물에 관한 것이다. 그러므로 본 발명은 산소 발생장치의 기술분야와 관련된다. 뿐만 아니라 산소 발생의 급격한 발열반응을 제어할 수 있는 기술분야에 관한 것이므로 화학반응 및 안전분야의 기술과도 연관성이 깊다. 또한 신규한 촉매블럭과 조성물을 제공하고 있으므로 촉매분야의 기술과도 관련이 있다.
최근 대기 오염이 심해지고, 냉난방기의 보급에 따라 밀폐된 공간에서 주거하는 시간이 많아졌으며, 건강에 대한 관심이 증가함에 따라, 산소발생기가 주목을 받고 있다. 이러한 산소발생기에 적용할 수 있는 종래의 산소 발생방법으로는
1) 공기 중의 산소 기체에 대한 투과율이 그 외의 기체에 대한 투과율보다 높은 산소 부화막 등의 얇은 막을 이용하여 통상의 공기에 비해 산소 농도가 높은 공기를 공급하는 방법,
2) 공기 중의 산소 이외의 가스에 대한 선택적 흡착성이 높은 제올라이트 등의 흡착제를 이용하여 통상의 공기에 비해 산소 농도가 높은 공기를 공급하는 방 법,
3) 과산화수소 부가물을 주성분으로 하는 액체에 심지를 설치하고 모세관 현상을 이용하여 심지의 상부로 상기 액체를 공급하여 가열 증발시키면서 화학적으로 분해하여 산소를 발생시키는 방법,
4) 과산화수소 부가물과 효소 등을 주성분으로 하는 고체 분말을 물과 혼합할 때 일어나는 화학반응을 이용하여 산소를 발생시키는 방법 등이 주류를 이루고 있고, 이외에도 5) 통상적인 가열수단에 의한 열을 이용하여 과산화수소를 고온(100~300℃)에서 분해하는 방법 또는
6) 촉매를 이용하여 과산화수소를 분해하는 방법 등이 공지되어 있다.
상기의 방법들 중에서 상기 1) 또는 2)의 방법은 공기 중에 포함되어 있는 산소를 농축하는 방법으로서, 엄밀한 의미에서 는 산소발생방법이 아닌 산소농축방법이며, 산소 함량이 낮은 기체가 부산물로서 생성되므로 이것을 배출하기 위한 실외기의 설치가 필요할 뿐 아니라 인체에 유익하지 않은 부산물 기체를 실외로 배출하는데 따르는 2차 공해 또는 소음이 발생될 우려가 있고, 90% 이상의 고농도 산소를 발생시키기 어렵다는 문제점이 있다. 상기 3) 또는 4)의 방법은 산소를 자체적 으로 발생시키는 방법이므로, 상기의 2차 공해의 문제는 없으나, 3)의 경우는 산소의 발생량이 미미하여 적용에 한계가 있다는 문제점이 있고, 특히 4)의 방법은 산소 발생 지속 시간이 수 분 정도로 짧아서 지속적으로 산소를 발생시킬 수 없다는 문제점이 있다. 또한, 상기 5)의 방법은 과산화수소의 분해 효율이 낮아서 미분해 상태인 대부분의 과산화수소가 외부로 배출되는 경우 과산화수소의 자극적인 냄새 의 독성 성분으로 인하여 인체에 유해하다는 문제점이 있다. 상기 6)의 방법에서는, 활성이 강력한 촉매(예를 들면, 이산화망간 등)를 사용하면 과산화수소는 단시간에 폭발적으로 분해되어 버리고, 활성이 약한 촉매(예를 들면, 숯 및 활성탄 등)를 사용하면 과산화수소의 분해반응이 매우 미약하게 진행되므로, 어느 경우에나 소정의 산소발생량을 장시간 일정하게 유지할 수 없다는 문제점이 있다.
이에 본 발명에서는 상기의 문제점 즉, 미분해 과산화수소 가스가 함유되지 않은 다량의 고순도 산소를 장시간 안정적으로 발생시고자 함을 해결하고자 하는 주된 과제로 삼는다.
또한 본 발명은 상기한 과제를 해결하기 위한 산소 발생반응을 위한 신규한 촉매블럭을 제공함을 주된 목적으로 한다.
상기한 과제를 해결하기 위하여 본 발명은
이산화망간(MnO2), 요오드화칼륨(KI) 또는 암모니아(NH3) 중에서 선택되는 산소 발생반응의 촉매분말과;
석고, 시멘트, 고분자, 점토, 고령토 중 어느 하나 또는 이들의 혼합물 중에서 선택되는 매질과:
상기 매질과 촉매분말이 중량비 기준으로 매질:촉매분말 1:1~10:1로 혼합되는 산소 발생반응에 사용되는 촉매블럭을 과제 해결을 위한 주된 수단으로 삼는다.
또한 본 발명은
이산화망간(MnO2), 요오드화칼륨(KI) 또는 암모늄염(NH3) 중에서 산소 발생반응에 필요한 촉매분말을 선택하는 단계와;
석고, 시멘트, 고분자, 점토, 고령토 중 어느 하나 또는 이들의 혼합물 중에 서 선택되는 상기 촉매분말을 포함하기 위한 매질을 선택하는 단계와;
상기 촉매분말과 매질을 중량비 기준으로 매질:촉매분말 1:1~10:1로 혼합하는 단계와;
상기 촉매분말과 매질의 혼합물의 전체 중량비 대비 0.5~1% 섬유소를 추가해서 촉매블럭을 성형시키는 단계와;
상기 촉매블럭을 80~90℃에서 0.5~1시단 동안 소성시키는 단계로 구성되는 것을 특징으로 한 산소발생 반응에 사용되는 촉매블럭의 제조방법을 제공함을 통해 상기한 과제를 해결하며,
마지막으로 본 발명은 상기 제조방법에 의하여 제조한 촉매블럭을 사용하여 산소를 발생시키는 방법을 제공한다.
본 발명의 촉매블럭에 의하면 단위시간당 발생되는 산소의 양을 안정적으로 확보할 수 있고 반응계의 온도가 급격히 상승되는 현상을 방지할 수 있으므로 매우 효과적이고 안정적으로 산소 발생반응을 유도할 수 있다.
또한 본 발명의 신규한 촉매블럭을 사용하면 화학적인 지식이 없는 일반인들도 쉽게 산소를 발생시킬 수 있는 장점이 있다.
또한 본 발명의 신규한 촉매블럭은 반응이 종결된 후 회수하여 재사용이 가능하므로 자원 재활용 및 환경오염을 방지할 수 있는 효과가 기대된다.
본 발명의 산소 발생을 위한 재료로는 H2O2, Na2O2와 같은 과산화물 또는 KClO3, KClO4, NaClO3, NaClO4와 같은 염소산화합물 등이 사용된다.
상기와 같은 재료는 다음과 같이 반응하여 산소를 발생시킨다.
H2O2 + MnO2 → 1/2 O2 + H2O + MnO2
Na2O2 + H2O → 1/2 O2 + 2 NaOH
KClO3 + MnO2 → 3/2 O2 + KCl
NaClO3 + MnO2 → 3/2 O2 + NaCl
또한 본 발명에서는 반응을 원활히 진행시키기 위해서 금속산화물이나 알칼리할로겐화합물 또는 암모니아(NH3)와 같은 촉매가 사용된다. 바람직하게는 금속산화물은 이산화망간(MnO2)을 알칼리할로겐화합물로는 요오드화칼륨(KI)을 사용한다. 이들 촉매는 자연분해를 통한 느린 속도의 산소발생 반응을 촉진시켜 단위시간당 산소발생량을 제어하는 목적으로 사용하기도 한다. 화학반응에 있어 촉매는 반응 표면을 제공하여 반응을 촉진시키는 정촉매를 일컫는다.
상기와 같이 산소 발생반응에 사용되는 촉매의 형태는 매우 고운 분말상태로 존재하는데, 사용하는 촉매의 양이 적으면 단위시간당 발생하는 산소의 양이 미미하여, 산소발생의 목적을 달성하기 어렵다. 반대로 과량의 촉매가 사용되면 단위시간당 산소발생량은 증가하지만, 반응이 진행되는 동안 반응계의 온도가 급격히 상승하고, 반응계의 온도상승에 따라 산소발생반응도 가속되어 종국에는 제어할 수 없는 상태까지 도달하게 되며, 화상이나 폭발의 위험이 따르게 된다.
본 발명에서는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 촉매분말에 석고, 시멘트, 고분자, 점토, 고령토 중 어느 하나 또는 이들의 혼합물 중에서 선택되는 매질을 중량비 기준으로 매질:촉매분말 1:1~20:1로 혼합시켜 80~90℃에서 0.5~1시간 동안 소성시킨다.
또한 촉매블럭의 내충격성을 향상시키기 위하여 전체 촉매블럭 대비 중량비 기준으로 0.5~1% 의 섬유소를 더 포함시킬 수도 있다.
이하 도면과 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 본 발명에서 사용된 용어와 화학물질들은 본 발명의 실시예를 구체화하기 위하여 참고한 예시에 해당될 뿐 그 권리범위가 이에 속한다고 할 수 없고 당업자에게 자명한 사항까지 권리범위가 확장되어 해석됨이 마땅하다.
도 1은 종래의 MnO2을 촉매로 사용하였을 때 나타나는 산소발생양을 시간에 따라 도시한 도면이다. 도 1에 대한 설명은 하기 [실시예1]을 참조하여 설명한다.
[실시예 1]
20% 농도의 과산화수소 7 mL를 사용하여, 분말형태로 촉매를 사용하면 일정시간 경과 후 단위시간당 산소발생량이 급격이 증가하다가 그 양이 최대가 되는 봉우리가 형성되고, 이후에는 점차적으로 산소발생량이 감소하는 것을 관찰할 수 있다. 또한 누적 발생량도 반응 시작으로부터 30~40분 경과 후 전체 산소발생량의 80% 이상에 도달하므로써 반응 지속시간이 비교적 짧음을 알 수 있다. 이를 도 2을 통해 도시하였다.
도 3는 알파-석고와 MnO2을 중량비 기준으로 5:1로 배합하여 제조된 촉매블럭을 사용하였을 때 나타나는 산소발생양을 시간에 따라 도시한 도면이다. 이에 대한 설명은 하기 [실시예2]를 참조하면 된다.
[실시예 2]
알파-석고와 MnO2을 중량비 기준으로 5:1로 배합하고 전체 중량대비 0.5%의 섬유소를 첨가하여 85℃에서 45분 동안 소성하여 촉매블럭을 제조하였다. 상기 제조된 촉매블럭을 사용하여 20% 농도의 과산화수소 7 mL를 사용하여 산소 발생반응을 관찰하였다.
그 결과 서서히 산소가 발생되어 약 1시간 동안 산소발생이 지속되는 것으로 파악되었고 발생되는 산소의 누적량은 량은 약 600~700mL 으로 보고되었다. 이를 도 4를 통해 나타내었다.
[실시예 3]
알파-석고와 MnO2을 중량비 기준으로 15:1로 배합하고 실시예 2와 동일하게 산소 발생반응을 실시하였다. 그 결과 서서히 산소가 발생되어 약 1시간 동안 산소 발생이 지속되었다. 발생되는 산소의 총량은 약 800~1,000mL 으로 보고되었다.
[실시예 4]
알파-석고 대신 시멘트를 사용하여 실시예 2와 동일하게 실험을 진행하여 산소 발생반응을 관찰하였다. 그 결과 서서히 산소가 발생되어 약 1시간 동안 산소발생이 지속되었다. 발생되는 산소의 총량은 약 500~550mL 으로 파악되었다.
[실시예 5]
알파-석고 대신 고분자(폴리아크릴아마이드)를 사용하여 실시예 2와 동일하게 실험을 진행하여 산소 발생반응을 관찰하였다. 그 결과 서서히 산소가 발생되어 약 1시간 동안 산소발생이 지속되었다. 발생되는 산소의 총량은 약 600~650mL 으로 파악되었다.
[실시예 6]
알파-석고 대신 점토를 사용하여 실시예 2와 동일하게 실험을 진행하여 산소 발생반응을 관찰하였다. 그 결과 서서히 산소가 발생되어 약 1시간 동안 산소발생이 지속되었다. 발생되는 산소의 총량은 약 700~750mL 으로 파악되었다.
[실시예 7]
알파-석고 대신 고령토를 사용하여 실시예 2와 동일하게 실험을 진행하여 산 소 발생반응을 관찰하였다. 그 결과 서서히 산소가 발생되어 약 1시간 동안 산소발생이 지속되었다. 발생되는 산소의 총량은 약 750~800mL 으로 파악되었다.
[실시예 8]
실시예 4~7에서 사용된 매질과 MnO2의 배합비율을 각각 20:1, 10:1, 8:1, 1:1로 변화시켜 실시예 2와 동일한 조건으로 촉매블럭을 제조하여 산소 발생반응을 관찰하였다. 그 결과를 표 1을 통해 나타내었다.
[표 1: 매질의 종류와 함량에 따른 산소 발생량 ]
| 매질 | 배합비율(매질:촉매) | 발생지속시간(min) | 총발생량(mL) |
| 시멘트 | 20:1 | 65 | 580 |
| 10:1 | 63 | 570 | |
| 8:1 | 62 | 550 | |
| 1:1 | 55 | 490 | |
| 아크릴아미드 | 20:1 | 63 | 670 |
| 10:1 | 63 | 655 | |
| 8:1 | 61 | 650 | |
| 1:1 | 60 | 600 | |
| 점토 | 20:1 | 65 | 758 |
| 10:1 | 63 | 755 | |
| 8:1 | 63 | 750 | |
| 1;1 | 60 | 700 | |
| 고령토 | 20:1 | 65 | 800 |
| 10:1 | 63 | 750 | |
| 8:1 | 63 | 730 | |
| 1:1 | 60 | 730 |
상기 실시예와 표1을 통해 이산화망간과 같은 산소 발생에 사용되는 촉매분말에 석고, 시멘트, 고분자, 점토, 고령토을 적절히 혼합하면 더욱 더 많은 산소가 안정적으로 발생됨을 확인할 수 있다.
도 1은 종래의 MnO2을 촉매로 사용하였을 때 나타나는 산소발생양을 시간에 따라 도시한 도면이다.
도 2는 종래의 MnO2을 촉매로 사용하였을 때 나타나는 누적 산소발생양을 시간에 따라 도시한 도면이다.
도 3는 알파-석고와 MnO2을 중량비 기준으로 5:1로 배합하여 제조된 촉매블럭을 사용하였을 때 나타나는 산소발생양을 시간에 따라 도시한 도면이다.
도 4는 알파-석고와 MnO2을 중량비 기준으로 5:1로 배합하여 제조된 촉매블럭을 사용하였을 때 나타나는 누적 산소발생양을 시간에 따라 도시한 도면이다.
Claims (4)
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- 이산화망간(MnO2), 요오드화칼륨(KI) 또는 암모늄염 중에서 선택되는 산소 발생반응의 촉매분말과;석고, 시멘트, 고분자, 점토, 고령토 중 어느 하나 또는 이들의 혼합물 중에서 선택되는 매질과:상기 매질과 촉매분말이 중량비 기준으로 매질:촉매분말 1:1~20:1로 혼합되는 촉매블럭에 있어서 ,상기 촉매블럭의 중량비의 0.5~1% 섬유소가 함유된 것을 특징으로 한 산소발생반응에 사용되는 촉매블럭.
- 이산화망간(MnO2), 요오드화칼륨(KI) 또는 암모늄염 중에서 산소 발생반응에 필요한 촉매분말을 선택하는 단계와;석고, 시멘트, 고분자, 점토, 고령토 중 어느 하나 또는 이들의 혼합물 중에서 선택되는 상기 촉매분말을 포함하기 위한 매질을 선택하는 단계와;상기 촉매분말과 매질을 중량비 기준으로 매질:촉매분말 1:1~20:1로 혼합하 는 단계와;상기 촉매분말과 매질의 혼합물의 전체 중량비 대비 0.5~1% 섬유소를 추가해서 촉매블럭을 성형시키는 단계와;상기 촉매블럭을 80~90℃에서 0.5~1시간 동안 소성시키는 단계로 구성되는 것을 특징으로 한 산소발생 반응에 사용되는 촉매블럭의 제조방법
- 이산화망간(MnO2), 요오드화칼륨(KI) 또는 암모늄염 중에서 선택되는 산소 발생반응의 촉매분말과;석고, 시멘트, 고분자, 점토, 고령토 중 어느 하나 또는 이들의 혼합물 중에서 선택되는 매질과:상기 매질과 촉매분말이 중량비 기준으로 매질:촉매분말 1:1~10:1로 혼합되는 산소 발생반응에 사용되는 촉매블럭과;전체 촉매블럭의 중량비의 0.5~1% 섬유소가 함유된 것을 특징으로 한 산소 발생반응에 사용되는 촉매블럭을 사용하여 산소를 발생시키는 방법
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| KR1020080109608A KR101005914B1 (ko) | 2008-11-06 | 2008-11-06 | 안정적이고 효과적으로 산소를 발생시키는 신규한 촉매블럭조성물 |
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|---|---|---|---|---|
| JPS6177605A (ja) * | 1984-09-21 | 1986-04-21 | Daiichi Sangyo Kk | 酸素発生錠剤 |
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2008
- 2008-11-06 KR KR1020080109608A patent/KR101005914B1/ko not_active IP Right Cessation
Patent Citations (1)
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