KR102081146B1 - 염기성 냄새 제거효과 강화 조성물 및 그 제조방법 - Google Patents

염기성 냄새 제거효과 강화 조성물 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

공기 중에 존재하는 염기성 냄새의 원인인 암모니아 기체를 불용성 물질로 변환시키는 염기성 냄새 제거효과 강화 조성물 및 그 제조방법에 관한 것으로, (a) 인산 이온(PO4 3-)이 존재하는 인산(H3PO4) 수용액을 준비하는 단계, (b) 상기 단계 (a)에서 준비된 인산 수용액에 마그네슘 이온(Mg2+)이 존재하는 황산마그네슘을 혼합하는 단계를 포함하는 구성을 마련하여, 공기 중의 주된 악취 성분 중의 하나인 암모니아 가스를 선택적으로 제거함으로써 안전하고 쾌적한 실내 환경을 마련할 수 있다.

Description

염기성 냄새 제거효과 강화 조성물 및 그 제조방법{Basic odor removing effect reinforcing composition and manufacturing method thereof}
본 발명은 염기성 냄새 제거효과 강화 조성물 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 공기 중에 존재하는 염기성 냄새의 원인인 암모니아 기체를 불용성 물질로 변환시키는 염기성 냄새 제거효과 강화 조성물 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 악취는 황화수소, 황화메틸, 메틸메르캅탄, 이황화메틸과 같은 산성취, 암모니아, 트리메틸아민과 같은 알칼리성취, 아세트알데히드, 스티렌과 같은 중성취로 구별된다. 이러한 악취 원인물질을 제거하기 위한 방법으로서는 물리적 탈취방법, 화학적 탈취방법, 생물학적 탈취방법 등이 있다.
물리적 탈취방법은 각종 다공성 흡착제의 흡착 및 흡수작용에 의하여 악취물질을 제거하는 방법으로 활성탄, 제올라이트, 활성백토, 실리카겔 등을 이용하여 악취물질을 흡착하는 방법이다. 이 방법은 악취물질의 제거효과는 짧은 시간에는 나타나지만 장시간 사용 시 지속성이 없으며, 악취물질이 흡착제에 포화되면 악취물질이 다시 방출되는 문제점이 있다.
화학적 탈취방법은 악취성분과의 각종 화학물질을 탈황작용, 중화반응, 산화환원반응, 부가축합반응, 이온교환반응 등의 화학적 반응을 통하여 악취를 무취화 시키는 방법이다. 대표적인 예로는 이산화염소(ClO2), 오존(O3) 등에 의한 산화방법, 수산화칼슘(Ca(OH)2), 염화칼슘(CaCl2), 염소(Cl2), 시안화합물 용액을 사용하는 방법, 질산구리(Ⅱ)(Cu(NO3)2)와 질산제이철(Fe(NO3)3)을 이용하여 악취를 제거하는 방법 등이 있다. 이 방법은 여러 종류의 특성이 상이한 악취물질, 즉 산성취, 알칼리성취, 중성취에 대하여 공통으로 작용할 수 있는 화학반응 물질을 선택하기가 곤란하기 때문에 전체 악취물질에 대하여 광범위한 탈취효과를 기대하기 어렵고 탈취제로서 사용할 화학물질 중에는 취급에 상당한 주의를 필요로 하는 것도 있다. 이산화염이나 이산화염소를 주성분으로 한 조성물을 사용하는 것은 염소가스 등이 강한 산화력을 갖고 있어 악취성분을 분해하여 효과적이나, 그 자체가 단시간에 분해되어 계속적으로 발생하는 악취를 제거할 수 없고, 또한 자체 분해에 의해 발생하는 염소가스나 발생기 산소가 주위 환경을 오염시키거나, 작업자 또는 주변에 살고 있는 사람의 건강을 해치는 문제를 일으킨다.
생물학적 탈취방법은 악취의 발생원에 효소 및 방부제를 살포하여 악취를 발생하는 각종 미생물을 제거함으로써 악취의 발생을 억제시키는 방법이다. 이 방법은 악취 발생원에 직접 탈취제를 직접 분무하여 사용하는 방법으로 탈취효과가 아주 서서히 나타나고 대부분의 경우 악취제거 효과가 미미한 결과가 나타난다.
감각적 탈취방법은 방향성 물질을 이용하여 악취를 은폐시킴으로써 악취를 느끼지 못하게 하는 마스킹 방법이 있다. 이 방법은 악취물질을 은폐시켜 악취를 느끼지 못하게 하는 것으로 방향성 물질과 악취의 균형이 이루어지지 않으면 불쾌감을 줄 수 있다.
또한, 각종 담체에 Pt, Ni, Ru,Rh, Pd, Ag, Fe, Co, Ir 등의 귀금속 착화합물을 담지시켜 소성, 환원 처리한 촉매를 악취제거에 이용하는 방법이 있다. 이 방법에서는 악취에 함유된 성분에 의하여 촉매가 피독되어 수명 및 효율이 현저히 감소되는 문제가 있다.
악취의 발생원 및 종류는 너무나 다양하여 동시에 제거가 어렵다. 특히 음식물 쓰레기, 분뇨, 하수오니 등에서 발생하는 악취는 배출원에 따라 상이하다. 이에 포함된 악취성분은 이산화황, 황화수소, 메르캅탄, 알킬술피드 등의 황함유 화합물, 암모니아, 질소산화물, 메틸아민과 같은 아민류, 알데히드, 인돌류, 펩톤 등으로 다양하며, 각각은 염기성 냄새와 산성 냄새로 분류되고, 다양한 방법으로 악취를 제거하고 있다.
한편, 화학적 처리방법으로서 선택적 이온교환 및 금속염을 이용하여 스트루바이트(struvite) 형태로 침전시켜 질소 및 인을 제거하는 방법이 알려져 있다. 스트루바이트 즉, MAP(Magnesium Ammonium Phosphate) 결정은 질소나 인을 제거하기 위해 사용되는 대표적인 화학적 처리방법의 하나로서 암모니아성 질소를 인산 이온(PO4 3-)과 마그네슘 이온(Mg2+)을 이용하여 제거하는 방법이다. 이와 같은 스트루바이트 결정반응은 pH가 9.5~11일 때 가장 반응효율이 좋고 pH가 8 이하로 떨어지면 스트루바이트 결정반응이 일어나지 않는 특징이 있다. 또한, 일반적으로 스트루바이트는 NH4 + : Mg2+ : P04 3- 가 당량비로 1 : 1 : 1로 구성되어 있으므로 어느 한 성분이 부족하게 되면 더 이상 스트루바이트 결정이 형성되지 않는 특성이 있다.
이러한 기술의 일 예가 하기 문헌 1 내지 3 등에 개시되어 있다.
예를 들어, 하기 특허문헌 1에는 화학적인 결합을 통해 이온 교환 형태로 공기 중의 암모니아 가스를 선택적으로 제거하도록, 세륨포스페이트, 란타늄포스페이트, 트리폴리인산 이수소알루미늄 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종의 인산 금속염 화합물을 유효성분으로 함유하는 암모니아 제거용 탈취제에 대해 개시되어 있다.
또 하기 특허문헌 2에는 암모늄 이온과 인산염 이온을 포함하는 폐수의 pH를 2 내지 4로 조절하는 단계(단계 A) 및 상기 단계 A에서 pH가 조절된 폐수에 SiO2 10 내지 40 몰%, B2O3 20 내지 50 몰%, Na2O 10 내지 35 몰% 및 MgO 5 내지 30 몰%로 구성되는 붕규산염계 유리 조성물을 넣고 반응시켜 암모늄 이온과 인산염 이온을 포함하는 스트루바이트(struvite) 결정을 석출시키는 단계(단계 B)를 포함하는 붕규산염계 유리 조성물을 이용한 폐수 중 암모늄 이온과 인산염 이온의 제거방법에 대해 개시되어 있다.
또 하기 특허문헌 3에는 고농도 악취공급부로 부터 발생 고농도 악취를 공급하는 고농도 악취공급단계, 오존발생장치로부터 발생된 오존을 공급하는 오존단계, 공급된 고농도 악취와 오존을 혼합함과 동시에 멀티인젝션 혼합기로부터 혼합된 기체를 제1 및 제2인젝터를 통하여 분사, 공급하는 인젝팅단계, 혼합기체의 인젝팅과 동시에 물(H2O)에 과산화수소(H2O2)가 혼합된 과산화수소수를 다공성 세라믹 담체로 분사되게 하는 과산화수소수공급단계, 상기 고농도 악취와 혼합된 오존이 하방으로 소정의 인젝터들을 통하여 인젝팅됨과 동시에 상방으로 상승하면서 과산화수소(H2O2)수와 반응하여 수용성 액취성분(H2S와 NH4)을 탈취함과 동시에 산소와 OH-로 반응하는 반응단계를 포함하는 고농도 악취가스 탈취방법에 대해 개시되어 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-1707793호(2017.02.13 등록) 대한민국 등록특허공보 제10-0976379호(2010.08.11 등록) 대한민국 등록특허공보 제10-1243849호(2013.03.08 등록)
그러나 상술한 바와 같은 특허문헌에 개시된 기술에서는 공기 중에 존재하는 염기성 냄새의 원인인 암모니아 기체를 충분히 제거할 수 없다는 문제가 있었다.
본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 공기 중에 존재하는 염기성 냄새의 원인인 암모니아 기체를 용이하게 제거할 수 있는 염기성 냄새 제거효과 강화 조성물 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 염기성 냄새의 원인인 질소 성분을 불용성 물질로 변환시킬 수 있는 염기성 냄새 제거효과 강화 조성물 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 제조 공정을 단순화하여 제조 비용을 절감할 수 있는 염기성 냄새 제거효과 강화 조성물 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 염기성 냄새 제거효과 강화 조성물의 제조방법은 염기성 냄새의 제거효과를 강화한 조성물의 제조방법으로서, (a) 인산 이온(PO4 3-)이 존재하는 인산(H3PO4) 수용액을 준비하는 단계, (b) 상기 단계 (a)에서 준비된 인산 수용액에 마그네슘 이온(Mg2+)이 존재하는 황산마그네슘을 혼합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 염기성 냄새 제거효과 강화 조성물의 제조방법에서, 상기 염기성 냄새는 질소 성분을 포함하고, 상기 질소 성분은 불용성 물질로 변환되는 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 염기성 냄새 제거효과 강화 조성물의 제조방법에서, 상기 황산마그네슘은 황산마그네슘 7수화물(MgSO4·7H2O)인 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 염기성 냄새 제거효과 강화 조성물의 제조방법에서, 상기 황산마그네슘 7수화물과 인산은 당량비로 준비되는 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 염기성 냄새 제거효과 강화 조성물의 제조방법에서, 상기 염기성 냄새는 암모니아 가스 또는 트리메틸아민 가스이고, 상기 암모니아 가스는 상기 마그네슘 이온(Mg2+)과 인산 이온(PO4 3-)이 결합하여 인산암모늄마그네슘(NH4MgPO3·6H2O)으로 되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 염기성 냄새 제거효과 강화 조성물은 상술한 바와 같은 염기성 냄새 제거효과 강화 조성물의 제조방법에 의해 제조된 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 염기성 냄새 제거효과 강화 조성물 및 그 제조방법에 의하면, 일상생활 속에서 접하는 공기 중의 주된 악취 성분 중의 하나인 암모니아 가스를 선택적으로 제거함으로써 안전하고 쾌적한 실내 환경을 마련할 수 있다는 효과가 얻어진다.
또, 본 발명에 따른 염기성 냄새 제거효과 강화 조성물 및 그 제조방법에 의하면, 인산(H3PO4) 수용액에 황산마그네슘을 혼합하여 탈취 성능을 마련하므로 제조 공정이 단순화 될 수 있다는 효과도 얻어진다.
또한, 본 발명에 따른 염기성 냄새 제거효과 강화 조성물 및 그 제조방법에 의하면, 본 발명에 따른 조성물을 100~500배로 희석하여 사용하여도 암모니아 가스의 탈취 효과를 충분히 달성할 수 있다는 효과도 얻어진다.
도 1은 본 발명에 따른 염기성 냄새 제거효과 강화 조성물의 제조 과정을 설명하기 위한 공정도.
본 발명의 상기 및 그 밖의 목적과 새로운 특징은 본 명세서의 기술 및 첨부 도면에 의해 더욱 명확하게 될 것이다.
이하, 본 발명에 따른 실시 예를 도면에 따라서 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 염기성 냄새 제거효과 강화 조성물의 제조 과정을 설명하기 위한 공정도 이다.
본 발명은 염기성 냄새의 원인인 질소 성분을 불용성 물질로 변환시켜 제거하는 염기성 냄새 제거효과 강화 조성물을 마련하는 것이다.
염기성 냄새의 제거효과를 강화한 조성물을 마련하기 위해 먼저 인산 이온(PO4 3-)이 존재하는 인산(H3PO4) 수용액을 준비한다(S10).
상기 단계 S10에서 준비된 인산 수용액에 마그네슘 이온(Mg2+)이 존재하는 황산마그네슘을 혼합하여(S20) 염기성 냄새 제거효과 강화 조성물을 마련한다(S30).
공기 중에 존재하는 염기성 냄새의 원인인 암모니아 기체는 산성 수용액에 용해되어 암모니아 이온이 되며, 산성 수용액에 존재하는 마그네슘 이온과 인산 이온과 결합하여 인산암모늄마그네슘(magnesium ammonium phosphate)이 되어 악취를 제거할 수 있다.
인산암모늄마그네슘은 6수화물로 존재하며 분자식은 NH4MgPO3·6H2O 이며, 스트루바이트(struvite)로 불리며 1845년에 덴마크 화학자 Ulex가 발견하였고, 지질학자 Strve의 이름을 적용하였다. 스트루바이트는 신장결석으로 잘 알려졌으며, 폐수 중에 질소화합물 제거 방법에도 많이 적용되고 있다.
본 발명은 염기성 냄새의 원인인 질소 성분을 불용성 물질로 변환시켜 제거하는 방법으로 화학반응식은 아래와 같다.
NH3(g) + H+(aq) → NH4 +(aq)
NH4 +(aq) + Mg2+(aq) + PO4 3-(aq) → NH4MgPO4(s)
염기성 악취의 원인인 질소를 제거하여 불용성으로서 수용액에서 용해도는 25℃의 중성에서 160 mg/L이며, 용해도곱 상수(KSP)는 10-10~10-13.3의 값을 갖는다.
반면에 기체 암모니아(NH3)는 25℃에서 31%의 용해도를 갖기 때문에 산성 수용액에 용해되어 암모늄 이온(NH4 +)이 되므로, 산성 수용액에 마그네슘 이온(Mg2+)과 인산 이온(PO4 3-)이 존재하면 불용성 물질로 침전되어 제거될 수 있다.
본 발명에서는 마그네슘 이온과 인산 이온이 존재하는 산성 수용액을 마련하기 위하여 황산마그네슘 7수화물(MgSO4·7H2O)과 인산(H3PO4)을 당량비로 준비하여 염기성 냄새 제거 효과 강화 조성물로서의 성능을 평가하였다.
실험 예 1: 암모니아 가스와 트리메틸아민 가스에 대한 제거능 확인
시험 용기로서 10 L 테들라 백을 각각 마련하고, 이 테들러 백에 각각 암모니아 가스와 트리메틸아민 가스를 주입한 후, 본 발명에 따른 염기성 냄새 제거 효과 강화 조성물인 탈취제와 탈취 보조제를 3 : 7의 비율로 혼합한 후 정제수로 100배 희석한 시료 10㎖를 주입하여 암모니아 가스와 트리메틸아민 가스의 탈취 실험을 수행하였다.
30분 경과 후, 검지관식 가스측정기(GV-100S, 가스텍, 일본)로 각각의 테들라 백에서 암모니아 가스와 트리메틸아민 가스의 성분을 측정한 결과, 탈취 효과는 각각 99% 이상이었다.
실험 예 2: 암모니아 가스와 트리메틸아민 가스에 대한 제거능 확인
시험 용기로서 10 L 테들라 백을 각각 마련하고, 이 테들러 백에 각각 암모니아 가스와 트리메틸아민 가스를 주입한 후, 본 발명에 따른 염기성 냄새 제거 효과 강화 조성물인 탈취제와 탈취 보조제를 3 : 7의 비율로 혼합한 후 정제수로 200배 희석한 시료 10㎖를 주입하여 암모니아 가스와 트리메틸아민 가스의 탈취 실험을 수행하였다.
30분 경과 후, 검지관식 가스측정기(GV-100S, 가스텍, 일본)로 각각의 테들라 백에서 암모니아 가스와 트리메틸아민 가스의 성분을 측정한 결과, 실험 예1과 동일하게 탈취 효과는 각각 99% 이상이었다.
실험 예 3: 암모니아 가스와 트리메틸아민 가스에 대한 제거능 확인
시험 용기로서 10 L 테들라 백을 각각 마련하고, 이 테들러 백에 각각 암모니아 가스와 트리메틸아민 가스를 주입한 후, 본 발명에 따른 염기성 냄새 제거 효과 강화 조성물인 탈취제와 탈취 보조제를 3 : 7의 비율로 혼합한 후 정제수로 300배 희석한 시료 10㎖를 주입하여 암모니아 가스와 트리메틸아민 가스의 탈취 실험을 수행하였다.
30분 경과 후, 검지관식 가스측정기(GV-100S, 가스텍, 일본)로 각각의 테들라 백에서 암모니아 가스와 트리메틸아민 가스의 성분을 측정한 결과, 실험 예1과 동일하게 탈취 효과는 각각 99% 이상이었다.
실험 예 4: 암모니아 가스와 트리메틸아민 가스에 대한 제거능 확인
시험 용기로서 10 L 테들라 백을 각각 마련하고, 이 테들러 백에 각각 암모니아 가스와 트리메틸아민 가스를 주입한 후, 본 발명에 따른 염기성 냄새 제거 효과 강화 조성물인 탈취제와 탈취 보조제를 3 : 7의 비율로 혼합한 후 정제수로 400배 희석한 시료 10㎖를 주입하여 암모니아 가스와 트리메틸아민 가스의 탈취 실험을 수행하였다.
30분 경과 후, 검지관식 가스측정기(GV-100S, 가스텍, 일본)로 각각의 테들라 백에서 암모니아 가스와 트리메틸아민 가스의 성분을 측정한 결과, 암모니아 가스의 탈취 효과는 83.3% 이었고, 트리메틸아민 가스의 탈취 효과는 99% 이상이었다.
실험 예 5: 암모니아 가스와 트리메틸아민 가스에 대한 제거능 확인
시험 용기로서 10 L 테들라 백을 각각 마련하고, 이 테들러 백에 각각 암모니아 가스와 트리메틸아민 가스를 주입한 후, 본 발명에 따른 염기성 냄새 제거 효과 강화 조성물인 탈취제와 탈취 보조제를 3 : 7의 비율로 혼합한 후 정제수로 500배 희석한 시료 10㎖를 주입하여 암모니아 가스와 트리메틸아민 가스의 탈취 실험을 수행하였다.
30분 경과 후, 검지관식 가스측정기(GV-100S, 가스텍, 일본)로 각각의 테들라 백에서 암모니아 가스와 트리메틸아민 가스의 성분을 측정한 결과, 암모니아 가스의 탈취 효과는 73.8% 이었고, 트리메틸아민 가스의 탈취 효과는 99% 이상이었다.
상기 실험 예에서 알 수 있는 바와 같이, 염기성 냄새 제거효과 강화 조성물은 정제수로 100~500배 희석하여 사용하여도 거의 동일한 탈취 효과를 달성할 수 있다.
상술한 바와 같이, 환경부 탈취제 염기성 냄새 제거효과 강화 제품의 인증기준인 암모니아와 트리메틸아민의 감소율인 60% 이상과 50% 이상의 성능을 확인하였다.
본 발명의 염기성 냄새 제거효과 강화 조성물은 탈취 효과를 손상시키지 않는 범위 내에서 필요에 따라 다양한 배합 성분을 포함할 수 있으며, 예를 들어, 각종 탈취제, 방향제, 색소, 항균제 등이 포함될 수 있다.
또 염기성 냄새 제거효과 강화 조성물은 그 자체 또는 스프레이, 디스펜서, 에어로졸 형태 등의 분사 방법으로 사용될 수 있다. 분사 방법으로 사용하는 경우 밀폐된 용기에 담아 스프레이 노즐 등을 이용하여 화장실, 물품의 표면, 의류, 실내 건축물의 벽면, 천장, 바닥, 자동차 내부 등 목적하는 장소에 분사시킬 수 있다.
이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.
본 발명에 따른 염기성 냄새 제거효과 강화 조성물 및 그 제조방법을 사용하는 것에 의해 공기 중의 주된 악취 성분 중의 하나인 암모니아 가스를 선택적으로 제거함으로써 안전하고 쾌적한 실내 환경을 마련할 수 있다.

Claims (6)

  1. 암모니아 가스 또는 트리메틸아민 가스인 염기성 냄새의 제거효과를 강화한 조성물의 제조방법으로서,
    (a) 인산 이온(PO4 3-)이 존재하는 인산(H3PO4) 수용액을 준비하는 단계,
    (b) 상기 단계 (a)에서 준비된 인산 수용액에 마그네슘 이온(Mg2+)이 존재하는 황산마그네슘을 혼합하는 단계를 포함하고,
    상기 황산마그네슘은 황산마그네슘 7수화물(MgSO4·7H2O)이고,
    상기 황산마그네슘 7수화물과 인산은 당량비로 준비되고,
    상기 암모니아 가스는 상기 마그네슘 이온(Mg2+)과 인산 이온(PO4 3-)이 결합하여 인산암모늄마그네슘(NH4MgPO3·6H2O)으로 되고,
    상기 염기성 냄새 제거효과 강화 조성물은 정제수로 100~500배 희석하여 사용되는 것을 특징으로 하는 염기성 냄새 제거효과 강화 조성물의 제조방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 청구항 제1항의 염기성 냄새 제거효과 강화 조성물의 제조방법에 의해 제조된 것을 특징으로 하는 염기성 냄새 제거효과 강화 조성물.
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