KR101891110B1 - 일산화탄소 제거기능이 있는 강화액 소화약제 및 이의 제조방법 - Google Patents

일산화탄소 제거기능이 있는 강화액 소화약제 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 화재진압용 강화액 소화약제에 일산화탄소를 완전산화시킬 수 있는 초미립크기의 금속담지촉매를 분산시킨 일산화탄소 제거기능을 가진 강화액 소화약제에 관한 것으로, 일반적인 소화성능 외에 일산화탄소 제거성능을 가지므로 화재현장에서 일산화중독으로 인한 인명피해를 줄일 수 있으며 일산화탄소를 완전산화시키는 과정에 화재현장의 산소를 소모함으로써 강화액 소화약제의 소화성능을 증대시킨다.

Description

일산화탄소 제거기능이 있는 강화액 소화약제 및 이의 제조방법{Reinforced extinguishing agent for removal of carbon monooxide and producing method thereof}
본 발명은 일산화탄소 제거기능이 있는 강화액 소화약제 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 일산화탄소를 상온에서 완전산화시켜 이산화탄소로 전환할 수 있는 촉매입자를 함유한 화재진압용 강화액 소화약제 및 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.
강화액 소화약제는 물에 화학제품을 섞어 소화력을 강화시킨 소화약제이다. 강화액 소화약제는 통상 소화능이 있는 다양한 암모늄염, 유기산, 계면활성제를 물에 수화시킨 액상 형태로서, 동결이 방지되는 성분을 포함하고 있어서 화재가 다발하는 동절기에도 동결되지 않아야 하고, 부가적으로 현저한 독성이나 부식성이 없어야 하며 열과 접촉할 때 현저한 독성이나 부식성의 가스가 발생하지 않아야 한다.
투척용 소화용구는 강화액 소화약제를 깨지기 쉬운 용기에 담은 형태인데, 화재 초기 또는 소규모 화재시 화원에 던져서 용기가 깨지면서 소화약제가 비산되어 화재를 진압하도록 구상된 간이소화용구이다.
일산화탄소는 탄소질 물질이 연소될 때 산소가 부족하거나 연소온도가 낮아서 불완전연소(산화)함으로써 생성되는, 무색, 무취, 무미의 독성기체이다. 일산화탄소는 연탄 연소가스, 자동차 배기가스 중에 많이 포함되어 있으며, 화재에 의한 인명피해에 있어서 화염에 의한 직접적인 사망 외에 일산화탄소 중독에 의한 사망 비율이 매우 높다.
일산화탄소의 산업적 분해방법에는 촉매산화방식, 완전산화연소법, 광촉매방식이 있으며, 완전산화연소법이나 광촉매방식은 화재현장에 투척하여 사용하는 소화용구에는 적용이 불가능하므로, 화재현장에 투척하여 사용하는 소화용구에는 촉매산화방식이 사용된다.
일산화탄소를 상온에서 완전산화시킬 수 있는 대표적인 촉매는 홉칼라이트 형태의 구리-망간(Cu-Mn) 혼합산화물이며, 호흡기보호장구, 공기정화기 등에 적용되어 상용화되었다. 이 외에 다양한 촉매가 개발되었는데, 대표적인 것이 금(Au), 구리(Cu) 등의 활성금속을 금속산화물 담체 상에 담지한 금속담지촉매이며, 담체로는 TiO2, ZrO2, α-Fe2O3, NiO, MnOx 등이 사용된다. 상기 촉매들은 장구나 장치에 고정층 또는 유동층 형태로 적용된다.
대한민국 특허등록 제10-1263571호 대한민국 특허등록 제10-0852964호 대한민국 특허등록 제10-1263571호 대한민국 특허공개 제10-2005-0083363호 대한민국 특허공개 제10-2011-0083785호
본 발명은 종래 액상 소화약제의 소화기능 외에 화재시 발생하는 일산화탄소를 상온에서 이산화탄소로 완전산화시켜 제거할 수 있는 촉매능을 가지면서 수중에 현탁될 수 있을 정도로 충분히 작은 크기의 촉매 입자를 함유하여, 화재현장의 인명을 일산화탄소 중독으로부터 보호하는 강화액 소화약제를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은
(a) 물에 탄산칼륨을 25~35중량%, 황산암모늄을 3~7중량%, 인산암모늄을 3~7중량% 및 폴리옥시에틸렌노닐페놀을 1~3중량% 농도로 용해시켜 강화액 소화약제를 제조하는 단계;
(b) 담체분산액 중 담체 중량에 대하여 1~5중량% 농도로 활성금속염을 용해시키는 단계; 상기 활성금속염이 용해된 담체분산액에 알칼리용액을 첨가하여 pH를 9.0 이하로 조절하여 침전시키는 단계; 침전 후 환원제를 첨가하여 상기 활성금속염을 환원시키는 단계; 환원하여 얻어진 금속담지촉매를 여과하는 단계; 여과된 금속담지촉매를 건조시키는 단계; 건조된 금속담지촉매를 미분하는 단계; 및 미분된 금속담지촉매를 소성하여 초미립크기의 금속담지촉매를 얻는 단계를 포함하는 방법에 의하여, 일산화탄소 제거기능이 있는 금속담지촉매를 제조하는 단계; 및
(c) 상기 강화액 소화약제에 금속담지촉매를 분산시키는 단계를 포함하는 일산화탄소 제거기능이 있는 강화액 소화약제의 제조방법을 제공한다.
상기 제조방법에서, 상기 담체는 TiO2, ZrO2, α-Fe2O3, NiO 또는 MnOx인 것이 바람직하다.
상기 제조방법에서, 상기 금속은 Au 또는 Cu인 것이 바람직하다.
상기 제조방법에서, 상기 알칼리용액은 수산화나트륨(NaOH), 수산화칼륨(KOH) 또는 수산화암모늄(NH4OH)인 것이 바람직하다.
상기 제조방법에서, 상기 환원제는 수소(H2), 이산화황(SO2) 또는 수소화붕소나트륨(NaBH4)인 것이 바람직하다.
상기 제조방법에서, 상기 여과된 금속담지촉매는 100~140℃에서 3~5시간 동안 건조시키는 것이 바람직하다.
상기 제조방법에서, 상기 미분된 금속담지촉매는 400~500℃에서 4~6시간 동안 소성하는 것이 바람직하다.
또한 본 발명은,
물과, 물 중량에 대하여 25~35중량% 농도로 용해된 탄산칼륨, 3~7중량% 농도로 용해된 황산암모늄, 3~7중량% 농도로 용해된 인산암모늄 및 1~3중량% 농도로 용해된 폴리옥시에틸렌노닐페놀을 포함하는 강화액 소화약제에,
TiO2, ZrO2, α-Fe2O3, NiO 또는 MnOx 중 선택된 담체에 Au 또는 Cu가 담지되어 미분된 초미립크기의 금속담지촉매가 분산된 것을 특징으로 하는, 일산화탄소 제거기능이 있는 강화액 소화약제를 제공한다.
상기 소화약제에서, 상기 금속담지촉매는, 담체분산액 중 담체 중량에 대하여 1~5중량% 농도로 활성금속염을 용해시키는 단계; 상기 활성금속염이 용해된 담체분산액에 알칼리용액을 첨가하여 pH를 9.0 이하로 조절하여 침전시키는 단계; 침전 후 환원제를 첨가하여 상기 활성금속염을 환원시키는 단계; 환원하여 얻어진 금속담지촉매를 여과하는 단계; 여과된 금속담지촉매를 건조시키는 단계; 건조된 금속담지촉매를 미분하는 단계; 및 미분된 금속담지촉매를 소성하여 초미립크기의 금속담지촉매를 얻는 단계를 포함하는 방법에 의하여 제조된 것임이 바람직하다.
본 발명의 강화액 소화약제는 일반적인 소화성능 외에 일산화탄소 제거성능이 우수하므로 화재현장에서 일산화중독으로 인한 인명피해를 줄일 수 있고, 일산화탄소를 완전산화시키는 과정에 화재현장의 산소를 소모함으로써 강화액 소화약제의 소화성능을 증대시킨다. 또한 중성 액제이므로 인체에 해가 없고 다량 사용시에도 토양에 영향을 미치지 않으며 각 재료에 대한 부식을 야기하지 않고 환경친화적이기 때문에 아파트, 빌딩, 지하철 등 인명이 고밀도 대단위로 거주하거나 활동하는 공간의 화재 진압에 매우 효과적이다.
도 1은 5중량% Au/TiO2 촉매의 투과전자현미경 사진이다.
본 발명의 일산화탄소 제거기능이 있는 강화액 소화약제의 제조방법은,
(a) 물에 탄산칼륨을 25~35중량%, 황산암모늄을 3~7중량%, 인산암모늄을 3~7중량% 및 폴리옥시에틸렌노닐페놀을 1~3중량% 농도로 용해시켜 강화액 소화약제를 제조하는 단계;
(b) 담체분산액 중 담체 중량에 대하여 1~5중량% 농도로 활성금속염을 용해시키는 단계; 상기 활성금속염이 용해된 담체분산액에 알칼리용액을 첨가하여 pH를 9.0 이하로 조절하여 침전시키는 단계; 침전 후 환원제를 첨가하여 상기 활성금속염을 환원시키는 단계; 환원하여 얻어진 금속담지촉매를 여과하는 단계; 여과된 금속담지촉매를 건조시키는 단계; 건조된 금속담지촉매를 미분하는 단계; 및 미분된 금속담지촉매를 소성하여 초미립크기의 금속담지촉매를 얻는 단계를 포함하는 방법에 의하여, 일산화탄소 제거기능이 있는 금속담지촉매를 제조하는 단계; 및
(c) 상기 강화액 소화약제에 금속담지촉매를 분산시키는 단계를 포함한다.
또한, 본 발명의 일산화탄소 제거기능이 있는 강화액 소화약제는,
물과, 물 중량에 대하여 25~35중량% 농도로 용해된 탄산칼륨, 3~7중량% 농도로 용해된 황산암모늄, 3~7중량% 농도로 용해된 인산암모늄 및 1~3중량% 농도로 용해된 폴리옥시에틸렌노닐페놀을 포함하는 강화액 소화약제에,
TiO2, ZrO2, α-Fe2O3, NiO 또는 MnOx 중 선택된 담체에 Au 또는 Cu가 담지되어 미분된 초미립크기의 금속담지촉매가 분산된 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
강화액 소화약제는 물에 탄산칼륨을 25~35중량% 농도, 황산암모늄을 3~7중량% 농도, 인산암모늄을 3~7중량% 농도, 폴리옥시에틸렌노닐페놀을 1~3중량% 농도로 용해시켜 제조한다.
일산화탄소 제거기능을 가진 금속담지촉매는 다음과 같이 제조한다.
먼저, 담체분산액 중 담체 중량에 대하여 1~5중량중량로 활성금속염을 용해시킨다. 담체로는 TiO2, ZrO2, α-Fe2O3, NiO 및 MnOx 중 선택하여 사용하는 것이 바람직하며, TiO2를 사용하는 것이 특히 바람직하다. 활성금속염의 금속으로는 Au 또는 Cu를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 활성금속염을 용해시킨 담체분산액에 알칼리용액을 첨가하여 pH를 9.0 이하가 되도록 조절하여 침전시킨다. 이때 pH는 8~9로 조절하는 것이 보다 바람직하다. 알칼리용액으로는 수산화나트륨(NaOH), 수산화칼륨(KOH), 수산화암모늄(NH4OH) 등 통상적으로 사용되는 알칼리용액들을 사용할 수 있다. 침전되도록 정치한 후 2~3시간 동안 숙성시키는 것이 보다 바람직하다.
침전 후 환원제를 첨가하여 활성금속염을 환원시킨다. 환원제로는 수소(H2), 이산화황(SO2), 수소화붕소나트륨(NaBH4) 등 통상적으로 사용되는 환원제를 사용할 수 있다.
환원 후 용액이 투명해질 때까지 4시간 이상 정치한 후 여과하여 고형물인 금속담지촉매를 회수한다.
회수된 금속담지촉매를 건조시킨다. 100~140℃에서 3~5시간 동안 건조시키는 것이 바람직하다.
상기 건조된 금속담지촉매를 미분한 후 소성하여 초미립크기의 금속담지촉매를 얻는다. 400~500℃에서 4~6시간 동안 소성하는 것이 바람직하다.
이러한 초미립크기의 금속담지촉매는 입자의 크기가 작으므로 물에 잘 분산된다.
상기 강화액 소화약제에 상기 금속담지촉매를 분산시켜 일산화탄소 제거기능이 있는 강화액 소화약제를 얻는다. 초미립크기의 금속담지촉매를 강화액 소화약제에 분산시키는 방법은 초음파 조사 등 미립자의 분산에 사용되는 통상적인 방법을 사용한다. 이때 금속담지촉매는 상기 강화액 소화약제 100중량%에 대하여 0.01~5중량%로 첨가하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 0.1~1중량%로 첨가하는 것이 바람직하다.
상기와 같이 제조된 본 발명의 소화약제는 일반적인 강화액 소화약제에 일산화탄소를 완전산화시켜 제거할 수 있는 금속담지촉매 입자가 분산된 액상의 형태이다.
이하 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 이들 실시예는 본 발명을 예시하는 것으로 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
< 실시예 1>
촉매의 제조
하기 방법으로 5중량% Au/TiO2 촉매 입자를 제조하였다.
먼저, 10중량% TiO2 분산액, 2.72mM HAuCl4 용액, 15중량% NH4OH 용액 및 50mM NaBH4 용액을 제조하였다. 10중량% TiO2 분산액 500㎖에 2.72mM HAuCl4 용액 500㎖를 부가한 후 교반하였다. 교반하면서 pH 8.5가 되도록 15중량% NH4OH 용액을 적가한 후 Au/TiO2가 침전되도록 정치한 후 2시간 숙성시켰다. 숙성 후 용액의 색상이 백색에서 분홍색으로 변화할 때까지 50mM NaBH4 용액을 부가하였다. 용액이 투명해질 때까지 4시간 이상 정치한 후 여과하여 고형물을 회수하였다. 회수한 고형물을 120℃에서 4시간 동안 건조시켰다. 건조된 결과물을 미분한 후 450℃에서 5시간 동안 소성하여 Au/TiO2 촉매를 제조하였다.
제조된 Au/TiO2 촉매의 투과전자현미경 사진을 도 1에 나타내었다.
< 실시예 2>
일산화탄소 제거기능을 가진 강화액 소화약제의 제조
먼저, 증류수에 탄산칼륨, 황산암모늄, 인산암모늄 및 폴리옥시에틸렌노닐페놀을 증류수 중량을 기준으로 각각 30%, 5%, 5% 및 2% 농도가 되도록 용해시켜 강화액 소화약제를 제조하였다.
상기 제조된 강화액 소화약제 100 중량%에 대해 상기 실시예 1에서 제조된 Au/TiO2 촉매 입자를 1.0중량%로 첨가하고, 초음파를 조사하여 분산시켜서 일산화탄소 제거기능이 있는 강화액 소화약제를 제조하였다.

Claims (8)

  1. (a) 물에 탄산칼륨을 25~35중량%, 황산암모늄을 3~7중량%, 인산암모늄을 3~7중량% 및 폴리옥시에틸렌노닐페놀을 1~3중량% 농도로 용해시켜 강화액 소화약제를 제조하는 단계;
    (b) TiO2, ZrO2, α-Fe2O3, NiO 및 MnO2 중 선택된 담체의 담체분산액 중 담체 중량에 대하여 1~5중량% 농도로 Au 또는 Cu의 활성금속염을 용해시키는 단계; 상기 활성금속염이 용해된 담체분산액에 알칼리용액을 첨가하여 pH를 9.0 이하로 조절하여 침전시키는 단계; 침전 후 환원제를 첨가하여 상기 활성금속염을 환원시키는 단계; 환원하여 얻어진 금속담지촉매를 여과하는 단계; 여과된 금속담지촉매를 100~140℃에서 3~5시간 동안 건조시키는 단계; 건조된 금속담지촉매를 미분하는 단계; 및 미분된 금속담지촉매를 400~500℃에서 4~6시간 동안 소성하여 초미립크기의 금속담지촉매를 얻는 단계를 포함하는 방법에 의하여, 일산화탄소 제거기능이 있는 금속담지촉매를 제조하는 단계; 및
    (c) 상기 강화액 소화약제에 상기 금속담지촉매를 분산시키는 단계를 포함하는, 일산화탄소 제거기능이 있는 강화액 소화약제의 제조방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 알칼리용액은 수산화나트륨(NaOH), 수산화칼륨(KOH) 또는 수산화암모늄(NH4OH)인 것을 특징으로 하는 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 환원제는 수소(H2), 이산화황(SO2) 또는 수소화붕소나트륨(NaBH4)인 것을 특징으로 하는 제조방법.
  6. 삭제
  7. 물과, 물 중량에 대하여 25~35중량% 농도로 용해된 탄산칼륨, 3~7중량% 농도로 용해된 황산암모늄, 3~7중량% 농도로 용해된 인산암모늄 및 1~3중량% 농도로 용해된 폴리옥시에틸렌노닐페놀을 포함하는 강화액 소화약제에,
    TiO2, ZrO2, α-Fe2O3, NiO 및 MnO2 중 선택된 담체에 Au 또는 Cu가 담지된 초미립크기의 금속담지촉매가 분산된 것을 특징으로 하는, 일산화탄소 제거기능이 있는 강화액 소화약제.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 금속담지촉매는,
    담체분산액 중 담체 중량에 대하여 1~5중량% 농도로 활성금속염을 용해시키는 단계; 상기 활성금속염이 용해된 담체분산액에 알칼리용액을 첨가하여 pH를 9.0 이하로 조절하여 침전시키는 단계; 침전 후 환원제를 첨가하여 상기 활성금속염을 환원시키는 단계; 환원하여 얻어진 금속담지촉매를 여과하는 단계; 여과된 금속담지촉매를 100~140℃에서 3~5시간 동안 건조시키는 단계; 건조된 금속담지촉매를 미분하는 단계; 및 미분된 금속담지촉매를 400~500℃에서 4~6시간 동안 소성하여 초미립크기의 금속담지촉매를 얻는 단계를 포함하는 방법에 의하여 제조된 것임을 특징으로 하는, 일산화탄소 제거기능이 있는 강화액 소화약제.
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