KR101128026B1 - 안정한 산화성 살생물제를 제조하는 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 안정한 클로라민을 제조하는 제조 방법에 관한 것이다. 본 방법은 제조하는 동안에 농축된 염소 소스 및 농축된 아민 소스를 사용하고, 교반하여, 안정한 클로라민을 제조한다. 본 방법은 pH 5 이상, 가장 바람직하게는 pH 7 이상인 클로라민을 제조한다.

산화성 살생물제, 클로라민, 반응 수단.

Description

안정한 산화성 살생물제를 제조하는 방법{A METHOD FOR PRODUCING A STABLE OXIDIZING BIOCIDE}

본 발명은 살생물성 조성물로서의 사용을 위한 안정한 클로라민의 제조에 관한 것이다. 본 발명은 클로라민의 제조, 저장 및 수송을 가능하게 하는 안정한 형태로 클로라민을 제조하는 방법을 나타낸다. 본 발명은, 안정하고 기능성인 클로라민을 제조하는 방법에 관한 것인데, 이는 수처리(water treatment) 시스템 및 다양한 다른 처리 시스템에 빨리 분해되지 않는 살생물성 조성물로서 상기 클로라민의 사용을 가능하게 한다.

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본원에서 설명된 발명은 미생물 생성 방지제의 제조에 관한 것이다. 본 발명은, 2개의 액상 용액을 반응물 본래의 화학적 형태로부터 변형된 살생물성 성질을 갖는 다른 형태로 변환시키기 위한, 반응물의 조성물 및 농축된 반응물을 사용하는 제조 조건에 관한 것이다.

전 세계를 걸쳐서, 많은 다른 유형의 공업 용수 시스템이 있다. 공업 용수 시스템은, 원하는 결과를 달성하기 위해 필수적인 화학적, 기계적 및 생물학적 공정이 수행되도록 존재한다. 현재에 이용가능한 최상의 수처리 프로그램으로 처리된 공업 용수 시스템에서도 오염이 발생할 수 있다. 본 특허 출원에서 "오염"은 표면에 임의의 유기 또는 무기 물질의 침착(deposition)으로 정의된다.

이러한 공업 용수 시스템이 미생물성 오염 방지제로 처리되지 않는다면, 상기 시스템은 매우 오염될 것이다. 오염은 상기 공업 용수 시스템에 부정적인 영향을 준다. 예를 들어, 심한 광물 스케일(mineral scale)(무기 물질)은 물과의 접촉 표면에 축적될 수 있고 어느 곳에나 스케일은 있으며, 미생물이 성장하기에 이상적인 환경이 있다.

오염은 공기 중의 침착 및 수중의 침착, 그리고 물에-형성된 오염물질, 물의 정체, 공정에서의 누수(process leak) 및 다른 인자를 포함하는 다양한 메커니즘에 의해 발생한다. 오염이 진행된다면, 시스템은 감소된 작동 효율, 너무 이른 장치 오류, 생산성 감소, 제품질 감소 및 미생물 오염과 관련된 증가된 건강-관련 위험으로 고생할 수 있다.

오염은 또한 미생물 오염 때문에 발생할 수 있다. 공업 용수 시스템에서 미생물 오염의 소스는 매우 많고, 공기 중의 오염, 보충수, 공정에서의 누수 및 부적당한 세척 장치를 포함할 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 이러한 미생물은 상기 용수 시스템의 임의의 습윤 또는 반-습윤 표면상에 미생물군을 빠르게 형성할 수 있다. 이러한 미생물군이 벌크 용수(bulk water)에 존재한다면, 상기 용수에 존재하는 99%를 초과하는 미생물이 생물막의 형태로 상기 표면에 존재할 것이다.

미생물로부터 분비된 엑소폴리머릭(exopolymeric) 물질은, 미생물군이 표면에서 발달할 때, 생물막 형성을 돕는다. 이러한 생물막은 영양소를 농축하는 수단을 형성하고 성장을 보호하는 복합적인 생태계이다. 생물막은 스케일, 부식 및 다른 오염 과정을 촉진할 수 있다. 생물막은 시스템의 효율을 감소시킬 뿐만 아니라, 병원성 박테리아를 포함할 수 있는 미생물의 증식에 대한 최상의 환경을 제공한다. 따라서, 생물막 및 다른 오염 과정은 공정의 효율을 최대화하고 수중의 병원균으로부터 건강-관련 위험을 최소화할 수 있기 위해 최대한 감소되어야 한다는 것이 중요하다.

몇몇 인자들은 생물학적 오염 문제에 기여하고 오염물질의 양을 결정한다. 수온, 물의 pH, 유기 및 무기 영양소, 호기성 또는 혐기성 조건과 같은 성장 조건 및 일부 경우의 햇빛의 존재 또는 부재 등은 중요한 역할을 할 수 있다. 이러한 인자는 또한 어떤 유형의 미생물이 상기 용수 시스템에 존재할 수 있는지를 결정하는 데에 도움을 준다.

상기에서 언급한 바와 같이, 생물학적 오염은 원하지 않는 공정의 간섭을 초래할 수 있어서 억제되어야 한다. 공업 공정에서 생물학적 오염의 억제를 위해 많은 다른 접근법이 이용된다. 가장 일반적으로 사용되는 방법은 공정 용수에 살생물성 화합물을 적용하는 것이다. 적용된 살생물제는 사실상 산화성(oxidizing)이거나 비-산화성(non-oxidizing)일 수 있다. 경제적 및 환경적 문제와 같은 다른 몇몇 인자들 때문에, 산화성 살생물제가 바람직하다. 염소 기체, 차아염소 산(hypochlorous acid) 및 브롬 유래된 살생물제와 같은 산화성 살생물제 및 다른 산화성 살생물제는 공업 용수 시스템의 처리에서 광범위하게 사용된다.

산화성 살생물제의 효능을 입증하는 한 요소는 "염소 요구" 또는 산화성 살생물제 요구로 구성되는 물 매트릭스(water matrix) 내의 성분의 존재이다. "염소 요구"는 상기 물에 있는 물질에 의해 감소되거나 또는 불활성 형태의 염소로 전환된 염소의 양으로 정의된다. 염소-소비 물질은 미생물, 유기 분자, 암모니아 및 아미노 유도체들, 황화물(sulfide), 시안화물(cyanide), 산화성 양이온(cation), 펄프 리그닌(pulp lignin), 녹말(starch), 당(sugar), 오일, 수처리(water treatment) 첨가제(예를 들어 스케일 및 부식 억제제) 등을 포함하나 이에 제한되지 않는다. 상기 물 및 생물막에서 미생물의 성장은 상기 물의 염소 요구에 기여하고, 처리된 시스템의 염소 요구에 기여한다. 통상적인 산화성 살생물제는 높은 염소를 요구하고, 대량의 슬라임(slime)을 포함하는 물에서는 비효과적임이 밝혀졌다. 비-산화성 살생물제는 대량의 슬라임을 포함하는 물에서 사용되도록 보통 추천된다.

클로라민은 효과적이고, 염소와 같은 산화성 살생물제가 많이 요구되는 조건 또는 '산화성' 살생물제가 지속될수록 이익이 되는 조건 하에서 일반적으로 사용된다. 가정의 용수 시스템은 점점 더 클로라민으로 처리되고 있다. 클로라민은 일반적으로 유리 염소(free chlorine)가 상기 용수에 존재하거나 첨가된 암모니아와 반응할 때 형성된다. 클로라민을 제조하는 많은 다른 방법은 문서로 입증되었다. 상기 염소와 질소 소스(source) 사이의 반응의 특정한 주요 변수는 제조된 살생물 제 화합물의 안정성 및 효능을 결정한다. 이전에 설명된 방법은 반응물의 희석 용액을 사전-형성한 후 클로라민 용액을 제조하기 위해 이를 혼합하는 것에 의존한다. 상기 반응물은 암모늄 염(설페이트, 브로마이드 또는 클로라이드) 형태에서의 아민 소스이고, 기체 형태 또는 알칼리 토금속(Na 또는 Ca)과 결합된 형태에서의 Cl-공여체(염소 공여체)이다. 또한, 상기 설명된 방법은 높은 pH의 반응물을 첨가하거나, 개별의 가성(caustic) 용액을 첨가하고 혼합하여 상기 반응의 pH를 조절한다. 따라서, 제조된 살균제는, 상기 살균제가 빠르게 분해되기 때문에 처리되는 시스템에 즉시 공급되어야 한다. 상기 살균 용액은 처리되는 시스템 밖에서 생성된 후 처리를 위하여 수용성 시스템에 공급된다. 생물학적 오염을 억제하기 위해 액체를 처리하는 이전에 설명된 방법에서, 활성의 살생물성 성분이 화학적으로 불안정하고 pH를 빠르게 떨어뜨리도록 분해된다는 점에서 상당한 문제점이 발생하였다. 상기 살생물성 성분의 이러한 빠른 저하는 효능을 감소시켰다. 상기 활성의 살생물성 성분의 pH가 상기 살생물성 성분의 빠른 분해 때문에 pH 8.0을 초과하지 않았다는 것이 관찰되었다(미국 특허 제5976386호를 참조함).

본 발명의 하기의 주요한 양태를 설명한다:

1. "더 안정한" 살균 용액을 제조하기 위한 반응물의 조성물;

2. 살생물성 성분의 "더 안정한" 형태를 제조하기 위한 조건; 및

3. 살균제를 제조하기 위한 공정.

본 발명은 안정한 클로라민을 제조하는 방법에 관한 것이고, 농축된 염소 소스를 농축된 아민 소스와 혼합하고, 교반하여, pH 5를 초과하는 안정한 클로라민을 제조한다. 본 발명의 염소 소스는 알칼리 토금속을 포함하고, 염소의 바람직한 소스는 하이포아염소산 나트륨(sodium hypochlorite) 또는 하이포아염소산 칼슘(calcium hypochlorite)이고, 아민 소스는 바람직하게는 암모늄 설페이트((NH₄)₂SO₄) 또는 수산화 암모늄(NH₄OH)이다.

본 발명의 방법은 클로라민을 형성하기 위하여, 염소 소스 및 아민 소스의 반응이 일어나는 반응 수단(mean)을 포함한다. 상기 반응 수단은 액체이고, 바람직하게는 물이다. 본 발명의 생성물은 안정한 클로라민이다.

상세하게는, 본 발명은 안정한 클로라민을 제조하는 방법에 관한 것이고, 반응 수단과 함께 농축된 염소 소스를 농축된 아민 소스와 혼합하고, 교반하여, pH 7 이상의 안정한 클로라민을 제조한다.

예들

본 발명은 하기의 예를 참조함으로써 더 잘 이해될 수 있고, 하기의 예는 본 발명을 수행하는 방법을 예시하는 것이지, 본 발명의 범위를 제한하는 의도는 아니다.

예 1

제조된 클로라민 용액의 제조 및 안정성을 이해하기 위한 실험에서, 하이포아염소산, (NH₄)₂SO₄ 및 NH₄OH의 새로운 용액을 준비하였고, 클로라민을 제조하기 위 해 사용하였다. 상기 준비된 하이포아염소산 용액을 개별적으로 시험하였고, 희석액을 제외하고는 유리된(free) Cl₂와 같이 ~110 ppm을 함유한다는 것이 밝혀졌다. 제조된 클로라민의 양을 상기 생성물의 유리된 Cl₂ 및 총 Cl₂를 측정함으로써 평가하였다. 상기 실험의 결과는 클로라민으로의 100% 전환(총 Cl₂)이 관찰되었음을 나타내었다. 또한, (NH₄)₂SO₄ 및 NH₄OH로 제조된 생성물은 pH 7을 초과한 상태로 남겨졌다.

제조된 클로라민 용액을 암실에서 보관하였고 1일 후에 재분석하였다. 50 mL 튜브의 밀폐된 공간에서 유지하고, 제조된 클로라민 용액의 안정성을 판단하기 위해 유리 Cl₂ 및 총 Cl₂를 다시 측정하였다. 상기 데이터를 제조 시간 데이터와 비교하였고, 총 Cl₂ 수준의 감소량은 상기 용액으로부터 클로라민의 감소량이다. (NH₄)₂SO₄ 또는 NH₄OH로부터 유래된 아민으로 제조된 클로라민 생성물은 1일 후에 단지 약간의 분해, 각각 7.7% 및 5.9%를 나타내었다. 관찰된 바와 같이, 암모늄 브로마이드(NH₄Br)로부터 유래된 아민으로 제조된 클로라민 용액은 1일 후에 90% 초과의 감소/분해를 나타내었다.

본원에서 설명된 바람직한 실시예에 대한 다양한 변화 및 변형이 당해 기술분야에서 평균적 지식을 가진 자에게 명백할 것이라는 것이 이해되어야 한다. 그러한 변화 및 변형은 본 발명의 사상 및 범위로부터 출발하지 않으면서, 본 발명에서 의도된 장점을 줄이기 않으면서도 만들어질 수 있다. 따라서, 그러한 변화 및 변형은 첨부된 청구항에 의해 포함되도록 한다.

Claims (16)

1. 농축된 염소 함유 염소 소스를 주위 온도에서의 농축된 아민 소스와 주위 온도에서 혼합하여 결합물(combination)을 형성하고, 교반하여, pH 7 이상의 안정한 클로라민을 제조하며, 상기 염소 소스는 알칼리 토금속 수산화물을 함유하며, 상기 아민 소스는 (NH₄)₂SO₄ 및 NH₄OH로 이루어진 군으로부터 선택되는

   안정한 클로라민을 제조하는 방법.
2. 농축된 염소 소스를 농축된 아민 소스와 반응 매질(reaction medium)로 혼합하고, 주위 온도에서 교반하여, pH 7 이상의 안정한 클로라민을 제조하며, 상기 아민 소스는 (NH₄)₂SO₄ 및 NH₄OH로 이루어진 군으로부터 선택되는

   안정한 클로라민을 제조하는 방법.
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