KR101107108B1 - 전기화학적 화학무기 제독 장치 - Google Patents

전기화학적 화학무기 제독 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전기화학적 화학무기 제독 장치에 관한 것으로서, 전해액이 채워지도록 내부 수용공간을 가지는 제독조; 상기 제독조 내부의 전해액 속으로 외부 공기를 미세 기포 상태로 공급하는 외기 공급 수단; 상기 제독조 내부에서 상기 전해액 속에 잠기며 서로 대향되게 설치되어, 인가된 전압에 의해 상기 외부 공기중에 포함된 화학무기의 독성 작용기를 산화 및 환원 반응을 통해 제독시키는 음극 전극 및 양극 전극;을 포함하여 구성되어, 전기화학적인 산화 환원 방법을 이용해 빠른 시간 내에 화학무기의 독성 작용기를 자연 및 인체에 무해한 비활성 화합물로 분해할 수 있도록 하는 효과를 갖는다.
화학무기, 제독, 산화 환원 반응, 전극

Description

전기화학적 화학무기 제독 장치{ELECTROCHEMICAL CHEMICAL WEAPON DETOXIFICATION DEVICE}
본 발명은 전기화학적 화학무기 제독 장치에 관한 것으로서, 좀더 상세하게는 화학무기의 독성 작용기를 산화 환원 반응을 통해 비활성 화합물질로 제독할 수 있는 전기화학적 화학무기 제독 장치에 관한 것이다.
주지된 바와 같이, 기존의 제독 시스템은 각종 차량, 인명에 오염된 작용제를 중화, 가수분해 및 화학적 작용과 흡착, 열분해 등 물리적으로 제거함으로 그 역할을 발휘하고 있다.
이러한 화학/물리적 제독 시스템은 시간에 따라 그 성능이 급격하게 저하되며 그 교환주기가 매우 짧은 단점이 있다. 또한 기존의 흡착을 기반으로 하는 제독 시스템은 제독력은 양호하나 2차적인 환경오염을 유발하는 등의 문제점을 지니고 있어 새로운 친환경적 제독 시스템의 대체가 시급한 실정이다.
화학무기로 사용되는 고독성 화학물질은 일반적으로 화학물질의 강력한 산화 환원 반응성을 이용하여 신경, 혈액, 수포, 질식으로 인한 살상을 초래한다.
고독성 화학물질은 포스겐과 염화시안이나 시안산과 같은 혈액작용제, 그리고 다수의 수포작용제가 있다. 제 2차 세계대전 이후에 많은 새로운 독성화학물질들이 개발되었는데, 특히 1930년대 후반에는 독성에 있어 기존물질보다 월등히 높은 독성물질이 독일에서 합성되었다.
이러한 독성 물질을 일반적으로 신경가스라고 하는데, 예를 들어 이들중 타분(코드명 GA)의 경우 그 독성이 수포작용제의 약 4배가 되며, 사린(코드명 GB)는 타분 보다 독성이 4배 더 강하다.
1차 세계대전 중 방독면의 개발로 질식작용제의 사용범위가 축소된 상황에서 독일은 호흡기를 포함한 신체의 모든 부분으로 독성효과를 미칠 수 있는 새로운 화학작용제인 수포작용제를 개발하였다.
수포작용제는 생산이 다른 화학무기에 비해 용이하고 저장의 안전성, 비휘발성이 뛰어나기 때문에 많이 사용되고 있다. 모든 수포작용제는 무색의 기체 및 액체 형태로 사용되며 주로 접촉에 의해 신체조직중 눈과 폐에 작용하고 피부에 수포를 발생시킨다. 흡입 시에는 호흡기관을 상해하며, 흡수 시 구토 및 설사를 일으킨다. 대표적인 수포작용제중 질소 겨자가스중 안정성이 가장 크며 독성이 높은 HN3는 2,2‘,2‘-trichlorotriethylamine로서 성분 원소비는 C 35.23%, H 5.91%, Cl 52.01%, N 6.85%이다.
화학작용제에 의한 공격은 비방호된 인원/장비에 직접적으로 가해질 때, 최대의 효과를 가질 수 있다. 그러나 비교적 간단한 제독 장비의 사용으로도 화학작 용제에 의한 군사적인 타격을 충분히 줄일 수 있다. 더욱이 아군의 방어수준이 높으면 높을수록 적군은 화생방 공격을 통한 상당한 군사적 이익을 얻을 수 없을 것이다. 화학작용제에 대한 기존의 개인방호용 제독장치 중 대표적인 방독면은 다양한 작용제로부터 얼굴, 눈, 호흡기를 보호해주는 중요한 보호 장구이다.
제 1차 세계대전 시 독일군이 염소가스를 사용하여 본격적으로 화학전을 전개하자 군용 방독면이 급속도로 발달하게 되었다. 당시의 방독면은 입과 코만을 가리게 된 것으로서 중화제를 적신 솜으로 만들어졌으나 그 뒤로 여러번 개량되어 오늘날과 같은 방독면이 되었다. 방독면의 정화통 내부에는 물리적 여과기인 여과지(filter paper)와 화학적 여과기인 특수 처리된 활성탄(active carbon)이 들어 있다. 정화통 내의 여과지는 액체작용제나 고체입자를 여과하고, 활성탄은 여과지를 통과한 가스 형태의 작용제를 재차 여과하여 착용자가 정화된 공기를 흡입하도록 해준다. 정화통에 유입된 화학작용제는 물성에 따라 활성탄에 강하게 또는 약하게 흡착된다. 신경 또는 수포작용제는 활성탄에 강하게 흡착되어 쉽게 탈착되지 않으나, 혈액 또는 질식작용제의 경우에는 흡착력이 약해서 쉽게 탈착되므로 보호시간이 짧아지는 단점이 있다. 정화통의 기능은 작용제로 오염된 상태 하에서 2시간 이상 착용하였을 경우 상실되나, 공기 중에 존재하는 작용제의 농도와 착용자의 호흡속도, 기온, 습도 및 오염된 공기에의 노출 시간에 따라 정화통의 수명은 달라진다.
화학작용제 오염시 오염지역을 제독하는 방법으로는 자연처리법, 화학적 처리법, 소각처리법, 가열법 등이 있다. 자연처리법은 기상조건에 의지해 제독하는 방법으로 대기상태에 장시간 방치함으로써 증발, 가수분해에 의해 작용제를 제거 또는 사멸시키며 통산 부대의 제독 능력 부족 또는 작전상 긴급하지 않고 제독할 가치가 없을 때 실시한다. 화학적 처리법은 화학약품을 사용하여 작용제를 중화시키는 방법으로 작용제에 따라 많은 열량을 방출하므로 주의를 필요로 한다. 소각법은 화염을 사용하여 연소시키는 방법으로 오염된 지역제독에 효과가 있으나 소각시 아랫바람 쪽의 증기위험이 있으므로 상급부대의 승인을 득해야 하며 방사능 오염 표면은 소각시 바람에 의해 입자가 확산될 수 있기 때문에 사용치 않는다. 가열법은 가열기구를 이용하여 증발시키는 방법이다. 대부분의 화학작용제는 pH 9 이상의 염기성수용액에서 단시간 내에 가수분해 반응이 일어나 무독성물질 또는 산, 염기성물질로 변하게 된다. 따라서, 제독면적이 대체로 넓은 활주로, 주기장, 유도로, 작전도로 등에는 소방차, 급수차, 스프링쿨러, 소방용 헬기 등을 이용하여 작용제 효과를 감소시킨다.
현재 군에서 사용되는 제독제는 장비제독제인 DS2와 지역제독제인 STB가 있다. DS2의 제독반응은 활성분 OMC-와 수포작용제와 결합하여 수포작용제의 Cl-이 분리되면서 중간체를 형성하고, 중간체는 바로 OMC- 한분자와 다시 반응하여 저독성 화합물을 최종적으로 형성하게 된다. STB의 주성분인 Ca(OCl)2는 슬러리로 제조시 물속에서 분해되어 활성분인 HCLO와 OCl- 를 생성하는데, 이 물질이 독성물질과 반응하거나 가수분해의 촉매역할을 하여 아래의 반응식1 및 반응식2와 같이 무해 또는 저독성 화합물로 전환시킨다.
Ca(OCl)2 + H2O -> Ca(OH)2 + OCl- +Cl- ........................... (1)
Ca(OCl)2 + 2H2O -> Ca(OH)2 + 2HClO .............................. (2)
이와 같은 DS2나 STB를 이용한 습식방식을 적용한 제독방식은 많은 제한사항을 내포하고 있다. 우선 제독시 물을 사용함으로써 정밀 정자 장비에 대한 제독이 제한되며, 동계에는 급수원의 결빙으로 인한 물의 확보가 제한되고, 제독제 자체가 독성이 강해 취급이 어렵다.
따라서 최근에 대기압 저온 플라즈마를 이용한 제독기술이 제기된 바 있다. 플라즈마 제독기술은 발생장치에 전기에너지와 제독 반응에 적합한 반응기체를 공급하여 물리 화학적으로 활성을 가진 플라즈마를 발생시키고, 이를 화학작용제와 반응시켜 유독 물질을 무해한 물질로 변환 또는 분해시키는 기술로서, 제독반응이 신속하고 기체라는 특성에 의해 물을 이용하는 습식제독제와는 달리 침투력이 우수하며 환경오염을 최소화할 수 있는 장점이 있다. 하지만, 이 기술이 군사적 제독기술로 활용되기 위해서는 단위시간당 제독 면적증대와 같은 요구 조건을 필수적으로 충족시킬 수 있어야 한다. 현재까지 보고된 바에 의하면, 대부분 직경 8 mm 정도의 노즐에서 플라즈마를 분사하여 소규모의 시료에 대한 실험 결과를 발표한 정도이며, 실제 군사적으로 활용가치를 높이려면 대략 100-1000배 정도 제독면적을 확대해야 할 것으로 판단된다. 더욱이, 플라즈마 발생장치를 대략 100배 정도로 확장한다면, 플라즈마 발생전원의 용량은 수십 kW급으로 무게가 100kg 이상이 될것으로 추정되며, 이를 휴대용 장비로 적용하기는 어려울 것으로 예상된다.
친환경적 화학물질 제독기술은 전기화학적으로 산화환원반응을 유도함으로써 화학작용제의 독성을 제거하는 원리를 이용하여 인명살상무기로 사용되는 화학물질의 독성을 반영구적이며 친환경적으로 제거할 수 있으며, 이와 동시에 화학물질의 탐지까지 가능하다. 따라서, 전투가 장기전일 경우에 효과적으로 성능을 발휘할 뿐만 아니라 휴대용 개인보호장구, 전투차량, 군수시설 등에 적용할 수 있다
상기한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 화학무기의 독성 작용기를 전기화학적 산화 환원 반응을 이용하여 인체에 무해한 비활성 화학물질로 변환시키는 전기화학적 화학무기 제독 장치를 제공하는 데 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전기화학적 화학무기 제독 장치는, 전해액이 채워지도록 내부 수용공간을 가지는 제독조; 상기 제독조 내부의 전해액 속으로 외부 공기를 미세 기포 상태로 공급하는 외기 공급 수단; 상기 제독조 내부에서 상기 전해액 속에 잠기며 서로 대향하게 설치되어, 인가된 전압에 의해 상기 외부 공기중에 포함된 화학무기의 독성 작용기를 산화 및 환원 반응을 통해 제독시키는 음극 전극 및 양극 전극;을 포함하여 구성된다.
상기 외기 공급 수단은 상기 제독조 내부로 외기 공급관을 통해 외부 공기를 불어주는 송풍기; 및 상기 외기 공급관 단부에 설치되어 상기 외부 공기를 상기 전해액 속에 미세 기포 상태로 공급하는 다공성 필터;를 포함하여 구성된다.
상기 외기 공급관은 적어도 하나 이상으로 이루어지고, 상기 외기 공급관의 직경은 1mm 내지 3mm 범위 이내인 것을 포함한다.
상기 다공성 필터는 유리, 석영, 수정, 세라믹 및 고분자물질로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 다공성 물질로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 음극 전극과 상기 양극 전극은 적어도 한 쌍 이상으로 이루어지고, 상기 음극 전극과 상기 양극 전극이 서로 마주하도록 교번하며 배치되는 것이 바람직하다.
상기 음극 전극 및 상기 양극 전극은 각각 천연 흑연, 인공 흑연, 유리질 탄소, 금속 또는 합금으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 물질로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 음극 전극 및 상기 양극 전극은 표면을 덮는 촉매층이 코팅되며, 상기 촉매층은 금속 또는 합금으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 물질로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 전해액은 염 또는 유기물을 포함할 수 있으며, 상기 염은 염소, 불소, 요오드, 나트륨, 칼륨, 마그네슘, 리튬, 루비듐, 세슘, 칼슘, 스트론튬, 바륨, 철, 망간, 크롬, 코발트, 니켈, 구리로 구성된 군에서 선택된 하나 이상의 물질로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기한 본 발명의 전기화학적 화학무기 제독 장치에 따르면, 종래 습식 및 흡착 방식에 근거한 필터 시스템과는 달리, 환경 오염물질을 부산물로 발생시키지 않으며 전기화학적인 산화 환원 방법을 이용하여 빠른 시간 내에 독성 화합물질을 자연 및 인체에 무해한 화합물로 분해할 수 있고, 일반적으로 사용되는 배터리만으로도 반영구적으로 사용할 수 있으며, 화학전시 장갑차 등의 전투용 차량 및 집단 방호시설에 대한 화생방 보호 장치로 응용함으로써 화학 작용제에 의한 피해를 지속적이고 효과적으로 대응할 수 있도록 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 전기화학적 화학무기 제독 장치를 도시한 개략도이다.
도 1을 참조하여 설명하면, 본 실시예의 전기화학적 화학무기 제독 장치(1)는 제독조(10), 외기 공급 수단(20), 음극 전극(30) 및 양극 전극(40)을 포함하여 구성된다.
제독조(10)는 전해액(15)이 채워지도록 내부에 설정된 수용공간을 갖도록 형성되며, 휴대 또는 이동시 내부 전해액(15)이 누설되어 제독 성능이 저하되지 않도록 밀폐 가능하게 형성되는 것이 바람직하다.
전해액(15)은 외기 공급 수단(20)에 의해 제독조(10) 내부로 공급되는 외부 공기에 포함된 화학무기의 독성 작용기를 용해시킬 수 있도록 염 또는 유기물로 이 루어질 수 있다.
여기서, 염은 불소(F), 요오드(I), 나트륨(Na), 칼륨(K), 마그네슘(Mg), 리튬(Li), 루비듐(Rb), 세슘(Cs), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr), 바륨(Ba), 철(Fe), 망간(Mn), 크롬(Cr), 코발트(Co), 니켈(Ni), 구리(Cu)로 구성된 군에서 선택된 하나 이상의 물질로 이루어질 수 있다.
외기 공급 수단(20)은 제독조(10) 내부의 전해액(15) 속으로 화학무기에 오염된 외부 공기를 미세 기포 상태로 공급하도록 구성된다.
외기 공급 수단(20)은 제독 용량에 따라 하나 이상으로 구성될 수 있으며, 각각의 외기 공급 수단들(20)은 외기 공급관(21), 송풍기(22), 및 다공성 필터(23)를 포함하여 구성된다.
송풍기(22)는 외기 공급관 상에 설치되어 외기 공급관(21)을 통해 화학 무기에 오염된 외부 공기를 제독조(10) 내부로 불어 넣어 준다.
그리고, 다공성 필터(23)는 외기 공급관(21)의 단부에 설치되어, 외기 공급관(21)을 통해 제독조(10) 내부로 공급된 외부 공기를 전해액(15) 속에 미세 기포 상태로 공급한다.
이처럼, 외기 공급 수단(20)을 이용해 화학무기에 오염된 외부 공기를 미소 기포 상태로 전해액(15) 속으로 공급함으로써, 외부 공기 중에 포함된 화학무기의 독성 작용기가 전해액(15)에 쉽게 용해될 수 있도록 하여 산화 환원 반응 속도를 극대화시킬 수 있도록 한다.
본 실시예에서 다공성 필터(23)는 로마토그래피에서 이용하는 다공성(multiple porous channel) 원판형 프릿(frit)으로 모노리스(monolith) 프릿을 이용할 수 있다.
여기서, 프릿은 폴리 모노리스(ploy monolith; styren-divinylbenzene)를 이용하여 제작할 수 있으며, 이러한 다공성 박막 물질의 SEM 사진을 도 2에 나타내었다.
한편, 다공성 필터(23)를 이루는 나노 다공성 물질은 유리, 석영, 수정, 세라믹 및 고분자물질로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 물질로 이루어질 수 있다.
다공성 필터(23)에 적용되는 나노 다공성 박막 물질은 군사용 차량 또는 시설에 주로 사용됨에 따라 외부의 충격에 적응성이 높은 고분자 물질 등의 재질로 이루어지는 것이 보다 바람직하다.
음극 전극(30) 및 양극 전극(40)은 제독조(10) 내부에서 적어도 일부가 전해액 속에 잠기며 서로 대향되게 설치되어, 인가된 전압에 의해 상기 외부 공기중에 포함된 화학무기의 독성 작용기를 산화 및 환원 반응을 통해 무해한 비활성 화합물로 제독시키도록 한다.
본 실시예에서 음극 전극(30) 및 양극 전극(40)은 제독조(10)의 서로 대향하는 양측면에 각각 모 전극들(31, 41)이 형성되고, 모 전극(31, 41)으로부터 연장되어 기설정 간격을 두고 서로 마주하도록 배치되는 적어도 한 쌍 이상의 자 전극들(32, 42)이 형성된다.
음극 전극(30)과 양극 전극(40)은 각각 모 전극(31, 41) 통해 전원과 연결되 어 상기한 화학무기의 독성 작용기의 제독에 필요한 전압이 인가된다.
본 실시예의 전기화학적 화학무기 제독 장치는 일반적인 배터리만으로도 화학무기의 독성 작용기의 제독에 필요한 충분한 전원을 제공할 수 있어 반영구적으로 사용할 수 있게 된다.
음극 전극(30) 및 양극 전극(40)의 자 전극들(32, 42)은 제독조(10) 내부에서 서로 마주하는 최대 대향 면적을 갖도록 하여, 화학무기의 독성 작용기에 대한 제독 성능을 향상시킬 수 있도록 한다.
여기서, 음극 전극(30) 및 양극 전극(40)은 각각 천연 흑연, 인공 흑연, 유리질 탄소, 금속 또는 합금으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 물질로 이루어질 수 있다.
그리고, 음극 전극(30) 및 양극 전극(40)은 표면을 덮도록 촉매제(35, 45)가 코팅되는 것이 더욱 바람직하다.
촉매제(35, 45)는 금속 또는 합금으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 물질로 이루어질 수 있다.
이처럼, 음극 전극(30)과 양극 전극(40)의 표면에 각각의 촉매제(35, 45)를 코팅함으로써, 화학무기의 독성 작용기에 대한 산화 환원 반응을 촉진시켜, 외부 공기에 포함된 화학무기의 제독 효율을 향상시킬 수 있게 한다.
도 3는 본 발명의 일실시예에 따른 전기화학적 화학무기 제독 장치의 제독 원리를 설명하는 개략도이다
도 3을 참조하여 설명하면, 본 실시예의 전기화학적 화학무기 제독 장치(1) 는 외기 공급 수단(20)을 이용해 전해액(15) 속에 미세 기포 상태로 공급하여, 외부 공기 중에 포함된 화학무기의 독성 작용기가 전해액(15) 속에 최대한 빠르게 용해될 수 있도록 한다.
음극 전극(30)과 음극 전극(40) 사이에 걸어주는 전압에 의해 전해액(15) 속에 용해된 화학무기의 독성 작용기를 전기화학적 산화 환원 반응을 통해 독성이 없는 비활성 화학물질로 산화시켜 제독한다.
그리고, 상기한 제독 과정을 통해 독성 작용기가 제독된 공기는 제독조의 외기 공급관(21) 타일측에 형성된 공기 배출관(25)을 통해 외부로 배출된다.
이하, 본 실시예의 전기화학적 화학무기 제독 장치를 이용한 각종 화학무기의 제독 과정을 설명하면 다음과 같다.
유독성 화학무기는 생리학적 효과를 통하여 사람을 살상시키거나 무력화시키기 위한 목적으로 전쟁이나 테러에서 사용되는 화합물로써, 신경작용제(nerve agent), 수포작용제(blister agent), 혈액작용제(blood agent), 질식작용제(choking agent) 등이 있다.
도 4는 화학무기중 신경 작용제인 BG의 구조식이다.
도 4을 참조하여 설명하면, 신경작용제는 신경계통의 신경자극 전달에 영향을 주는 작용제로서, 주로 인산(phosphoric acid)의 유기 인산염, 불소(fluorine)나 시안화물(cyanide), 황(sulfur)을 포함하는 유기인 화합물로 구성되어 있다. 신경작용제의 중요한 화학 반응들은 인(phosphorus) 원자에서 직접 일어난다.
따라서, 신경 작용제의 경우 전술한 본 실시예의 전기화학적 화학무기 제독 장 치를 이용해 인원자와의 결합, 즉, (P-X) 결합을 끊어 줌으로써 그 독성 작용기를 제거할 수 있게 된다.
도 5는 화학무기중 수포 작용제인 HD의 구조식이다.
도 5을 참조하여 설명하면, 수포작용제는 호흡기, 소화기 혹은 피부를 통하여 흡수되어 염증과 수포를 유발시켜 신체조직을 파괴하는 작용제로서, 대표적으로 황겨자(sulfur mustard)와 질소겨자(nigrogen mustard)를 들 수 있다. 질소겨자는 질소원자가 중심이고 황겨자는 황원자가 중심이며, 수소원자 대신 다양한 유기 치환기가 결합된 화합물이다.
따라서, 황겨자의 경우에는 전술한 본 실시예의 전기화학적 화학무기 제독 장치의 전해액중의 염소 이온에 의해 설포늄(sulfornium)이 이온으로 되며, 전기화학적 산화 반응을 통해 쉽게 제독이 이루어질 수 있다.
도 6는 화학무기중 질식작용제의 대표 구조식이다.
도 6을 참조하여 설명하면, 질식작용제의 주요성분은 염소(Cl)로서 기관지의 수분과 반응하여 이산화탄소와 염산 및 기타 부산물을 생성하게 된다.
생성된 이산화탄소는 산소의 흡입량을 떨어지게 하여 신체 내 저산소증을 유발하고, 염산은 폐 내의 모세혈관 투과성에 영향을 끼쳐 폐에 액체가 가득차게 하여 저산소증으로 사망에 이르게 한다.
따라서, 질식 작용제의 경우 본 실시예의 전기화학적 화학무기 제독 장치를 이용해 질식작용제의 주요 성분인 탄소와 염소를 수용성 전해액 내에서 수분과 반응시켜 이산화탄소와 염산으로 분해하고, 전기화학적으로 이 분해반응 속도를 높일 수 있도록 한다.
<실험예>
이하, 전기화학적 산화환원 소형 반응 실험기를 제작하여 모의 화학무기 물질의 전기화학적 산화환원 반응 실험을 수행하였다.
도 7은 전기화학적 산화 환원 소형 반응 실험기를 도시한 측단면도이다.
도 7을 참조하여 설명하면, 본 실험예의 전기화학적 산화환원 소형 반응 실험기(100)는 상측에 3개의 개구가 형성된 소형 반응조(110) 내부에 전해액을 채우고, 중심부에 형성된 제1 개구(111)를 통해 직경 5 mm, 길이 50 mm인 탄소 전극(130, 140)이 서로 마주한 상태로 소형 반응조(110) 내부의 전해액 속에 일부가 잠기도록 위치시켰다.
제1 개구(111)의 양측에 형성된 제2 개구(112) 및 제3 개구(113)에 외기 공급관(160)과 내부 공기 배출관(170)을 각각 삽입하고, 제1 개구(111), 제2 개구(112) 및 제3 개구(113)를 테프론(115; Taflon) 재료를 사용하여 밀봉시켰다.
그리고, 소형 반응조(110)의 하부에는 가열기(180)를 부착하여 소형 반응조(110) 내부의 전해액 온도를 일정하게 유지 및 조절할 수 있도록 하였다.
외기 공급관을 통해 화학무기가 혼합된 공기를 소형 반응조(110) 내부에 주입하고, 탄소 전극(130, 140)은 포텐시오스탯(150)을 이용하여 전압 및 전류를 인가하여, 화학무기의 독성 작용기의 전기화학적 산화환원 반응을 평가하였다.
전기화학적인 산화 환원 반응을 통해 화학무기 제독의 적합성을 확인하기 위하여 선정된 대상물질은 일반적으로 제초제로 사용되며, 피리딘기에 초산기가 붙어 있는 2,3 pyridine dicarboxylic acid(PDA)를 선정하였다.
상기한 2,3 pyridine dicarboxylic acid(PDA)의 전기화학적 분해과정에 대한 메카니즘은 아래 반응식 3와 같다.
Figure 112009032695929-pat00001
그리고, 본 실험예의 분해과정의 스캔 속도에 따른 순환 전압전류곡선(cyclic voltammogram)을 도 8에 도시하였다.
상기 순환전압전류곡선에 따르면 PDA 분자는 0 V에서 환원반응이 시작하여 -0.53V에서 피크전류를 나타내고 있다.
또한 -0.3 V, -0.6 V 등에서도 다양한 피크가 나타나고 있는데 이는 위 반응식에서 보인 것처럼 PDA가 전기화학적으로 분해하는 과정에서 다양한 전기화학반응이 있음을 의미한다.
상기 결과에 따르면 상온에서 낮은 전압으로 과량의 PNPA 분해가 가능함을 알 수 있으므로, 이와 유사한 구조를 갖는 화학무기의 분해에 적용이 가능함을 알 수 있다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형 또는 변경하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
도 1은 본 발명의 전기화학적 화학무기 제독 장치를 도시한 개략도이다.
도 2는 본 발명의 전기화학적 화학무기 제동 장치의 다공성 필터를 확대한 SEM 사진이다.
도 3는 본 발명의 일실시예에 따른 전기화학적 화학무기 제독 장치의 제독 원리를 설명하는 개략도이다.
도 4는 화학무기중 신경 작용제인 BG의 구조식이다.
도 5는 화학무기중 수포 작용제인 HD의 구조식이다.
도 6는 화학무기중 질식작용제의 대표 구조식이다.
도 7은 전기화학적 산화 환원 소형 반응 실험기를 도시한 측단면도이다.
도 8은 2,3 pyridine dicarboxylic acid(PSC)의 산화환원 분해과정의 스캔 속도에 따른 순환 전압전류곡선이다.
<주요 도면 부호의 설명>
1: 제독 장치 10: 제독조
15: 전해액 20: 외기 공급 수단
21: 외기 공급관 22: 송풍기
23: 다공성 필터 30: 음극 전극
40: 양극 전극 31, 41: 모 전극
32, 42: 자 전극 35, 45: 촉매제

Claims (9)

  1. 전해액이 채워지도록 내부 수용공간을 가지는 제독조;
    상기 제독조 내부의 전해액 속으로 외부 공기를 미세 기포 상태로 공급하는 외기 공급 수단;
    상기 제독조 내부에서 상기 전해액 속에 잠기며 서로 대향하게 설치되어, 인가된 전압에 의해 상기 외부 공기중에 포함된 화학무기의 독성 작용기를 산화 및 환원 반응을 통해 제독시키는 음극 전극 및 양극 전극;을 포함하고,
    상기 외기 공급 수단은,
    상기 제독조 내부로 외기 공급관을 통해 외부 공기를 불어주는 송풍기; 및
    상기 외기 공급관 단부에 설치되어 상기 외부 공기를 상기 전해액 속에 미세 기포 상태로 공급하는 다공성 필터;를 포함하며,
    상기 음극 전극과 상기 양극 전극은,
    상기 제독조의 서로 대향하는 양측에 배치되는 각각의 모 전극; 및
    서로 이격된 상태로 마주하며 층을 이루도록 상기 각 모전극으로부터 교번하며 연장 형성되는 적어도 한 쌍 이상의 자 전극들;을 포함하는 전기화학적 화학무기 제독 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에서,
    상기 외기 공급관은 적어도 하나 이상으로 이루어지고,
    상기 외기 공급관의 직경은 1mm 내지 3mm 범위 이내인 것을 포함하는 전기화학적 화학무기 제독 장치.
  4. 제1항에서,
    상기 다공성 필터는,
    유리, 석영, 수정, 세라믹 및 고분자물질로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 다공성 물질로 이루어지는 전기화학적 화학무기 제독 장치.
  5. 삭제
  6. 제1항에서,
    상기 음극 전극 및 상기 양극 전극은,
    천연 흑연, 인공 흑연, 유리질 탄소, 금속 또는 합금으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 물질로 이루어지는 전기화학적 화학무기 제독 장치.
  7. 제6항에서,
    상기 음극 전극 및 상기 양극 전극은 표면을 덮도록 촉매제가 코팅되고,
    상기 촉매제는 금속 또는 합금으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 물질로 이루어지는 전기화학적 화학무기 제독 장치.
  8. 제1항에서,
    상기 전해액은 염 또는 유기물중 선택된 적어도 하나 이상의 물질을 포함하는 전기화학적 화학무기 제독 장치.
  9. 제8항에서,
    상기 염은 염소, 불소, 요오드, 나트륨, 칼륨, 마그네슘, 리튬, 루비듐, 세슘, 칼슘, 스트론튬, 바륨, 철, 망간, 크롬, 코발트, 니켈, 구리로 구성된 군에서 선택된 하나 이상의 물질로 이루어는 전기화학적 화학무기 제독 장치.
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