KR102423077B1

KR102423077B1 - 고용량의 이산화염소 기체를 흡착할 수 있는 담체를 포함하는 방출 키트 및 그 담체를 제조할 수 있는 제조장치

Info

Publication number: KR102423077B1
Application number: KR1020200044212A
Authority: KR
Inventors: 김병억
Original assignee: 주식회사 알엔비즈
Priority date: 2020-04-10
Filing date: 2020-04-10
Publication date: 2022-07-21
Also published as: JP2021167299A; JP7188803B2; US20210316247A1; KR20210126404A

Abstract

본 발명은 이산화염소 기체를 고 농도로 흡착할 수 있는 고 용량을 가진 담체(carrier) 및 이를 장기간 일정 농도로 방출 할 수 있게 하는 방출 키트를 제조하는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고 농도의 이산화염소 기체를 고 용량으로 흡착할 수 있고 물리화학적으로 안정한 상태를 장기간 유지할 수 있는 담체의 제조방법을 제공하고; 상기 담체에 이산화염소 기체의 흡착 및 탈착 여부를 색깔로 알 수 있게 하는 인디케이트 물질인 실리카 겔을 포함하고; 이러한 담체로 부터 장기간 동안 일정 농도의 이산화염소 기체를 방출할 수 있게 할 수 있는 방출 키트로 구성되며; 키트의 내부 구성은 담체 및 인디케이트를 보관할 수 있는 차광이 잘 되는 밀폐 용기; 밀폐 용기 내부의 상부에는 이산화염소 특유의 냄새를 억제할 수 있는 고 흡수성 수지에 침지된 방향성의 젤이 포함되고; 밀폐용기 내부에서 이산화염소 가스를 외부로 장기간 일정 농도로 방출할 수 있도록 밀폐용기의 뚜껑에 일정 크기의 구멍을 냄으로써 구멍의 크기를 조절하면 방출량과 방출기간의 조절이 가능하도록 구성되고; 상기 키트를 살균 기기에 적용할 시에는 구조적으로 기기 구성이 매우 간단해져 초 소형화가 가능하게 됨은 물론, 이산화염소 기체의 발생에 필요한 원료인 유해 화학물질들의 사용이 배제되어 보다 안전하고 저 비용의 이산화염소 기체 살균기기를 제조할 수 있는 방법을 제공한다. 또한 본 발명의 담체는 최대 5 회의 재사용이 가능하여 자원의 재활용 측면과 유지비용면에서도 매우 큰 장점을 가지고 있다.

Description

고용량의 이산화염소 기체를 흡착할 수 있는 담체를 포함하는 방출 키트 및 그 담체를 제조할 수 있는 제조장치{Preparation method of chlorine dioxide gas carrier ＆ discharge kit capable of high adsorption capacity and emission persistency}

본 발명은 고 농도의 이산화염소 기체를 고 용량으로 흡착할 수 있는 담체(carrier) 및 장기간 일정 농도로 방출 할 수 있는 키트(kit)를 제조하는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고 농도의 이산화염소 기체를 고 용량으로 흡착할 수 있으며, 수개월 동안에도 물리화학적으로 안정되게 유지할 수 있는 담체 및 이를 이용하여 장기간 지속적으로 일정 농도의 방출이 가능한 키트를 제조할 수 있는 방법을 제공하는 것에 관한 것이다.

최근 우리 사회에서는 메르스 및 코로나 바이러스 등의 병원성 세균에 의한 감염 문제가 빈번하게 발생하면서, 살균기술에 대한 사회적 관심이 높아지고 있다. 살균기술은 UV, 초음파 등 물리적 에너지에 기반을 두거나, 또는 살균소독제와 같이 화학적 물질에 기반을 두는 것이 대다수이며, 이중에서도 이산화염소와 같이 넓은 범위의 광역 살균이 가능하면서, 효과와 경제성의 측면에서 화학적 물질을 이용하는 살균기술이 지속 개발되어 왔다.

일반적으로 이산화염소는 강한 산화력, 살균소독력, 탈취력이 크고 다른 염소 소독 살균제와는 달리 트리할로메탄(THMs), 할로아세틱액시드(HAAs), 할로아세토나이트릴(HANs) 등 발암성 유기물을 생성하지 않으며 또 다른 유기물과 반응하여 유기염소화합물을 생성하지 않고, 햇볕이나 온도에 의하여 신속히 분해되어 잔류성이 없는 친환경성 살균소독제로 알려져 있다. 이러한 이산화염소의 높은 선택적 특성은 인체에 무해한 살균 작용에 있다. 즉, 이산화염소는 트리할로메탄, 폴리클로로바이페닐(PCBs)과 같은 유해한 살균 부산물이 생성되지 않는다.

이산화염소와 같이 화학적 반응을 이용하여 염소 살균물질을 제조하기 위해서는 염소를 제공하는 염소공급물질과 상기 염소공급물질을 분해할 수 있는 분해원이 함께 필요하며, 이와 관련하여 종래 기술에서는 염소공급물질로 염소, 차아염소산, 아염소산 등 다양한 화합물을 이용하였다. 또한, 염소공급물질을 분해하여 이산화염소를 제조하기 위한 분해원으로는 염산 등의 산성 물질과 오존 등의 화합물이 이용되거나, 자외선 등의 에너지 수단이 사용되어 왔다.

일례로 한국등록특허 제1416785호, 한국등록특허 제770222호에서는 염소 공급원으로 아염소산나트륨 또는 차아염소산나트륨을 이용하고, 산화제로 구연산, 초산, 젖산 등의 산성물질, 염산, 또는 오존을 이용하며, 다른 종래기술인 한국공개특허 제2005-0015949호 및 한국등록특허 제1806283호에서는 분해원으로 자외선을 이용하고 있으나, 상기의 종래 기술들 모두 분해원으로 산성과 같이 강한 부식성 물질을 희석하여 사용하거나, 자외선과 같은 기계적 수단을 이용하고 있어, 장치가 복잡해지고 장치의 크기가 커지는 문제점이 있었다. 또한 이산화염소 가스는 장기간 보관을 할 수 없기 때문에 지속적으로 이산화염소 기체를 살균에 활용하기 위해서는 높은 가격의 발생 시스템이 구축되어야 하므로, 농수산물이나 식품의 유통 전에 전처리 목적으로 살균이 주로 이루어지고 있다. 이러한 살균 전처리는 지속적으로 이산화염소 기체를 발생시켜 살균할 수 없다는 단점을 가지고 있다. 따라서 이산화염소 기체를 활용하여 다양한 살균이 필요한 개소에 활용하기 위해서는 염소공급원 및 분해제가 발생 시스템에 탑재되지 않고도 이산화염소 기체를 발생시킬 수 있는 기술의 개발이 필요한 상황이다.

이산화염소 발생시스템이 필요 없는 종래 기술로는 한국 등록특허 10-1443455 및 10-2008823이 있다.

이들 특허 기술은 이산화염소 가스의 유통 중 지속적인 처리를 위한 방법으로서 실리카겔(silica-gel)을 이용한 이산화염소 가스 방출팩(sachet)을 제공하거나 이산화염소를 안정적, 지속적으로 발생시킬 수 있는 기술로 개발되어 있다.

하지만, 발명 10-1443455은 사용 목적에 따라 이산화염소 가스가 흡착된 실리카겔의 양, 패킹 필름의 종류 및 보관 온도조건을 달리함으로써 이산화염소 가스의 방출농도 및 기간을 조절할 수 있고, 특히 이산화염소 가스의 지속방출을 가능하게 함으로써 농식품의 신선도 및 품질을 증가시킴은 물론, 저장 안정성과 유통 중 미생물 안전성을 확보하는 데 기여할 수 있다고 주장하고 있으나, 지속시간이 불과 7일 정도이며 초기 1 일차의 배출농도가 매우 높아 취급상 인체 안전성의 측면에서 문제점을 가지고 있다. 또한 장기간 지속성을 높이기 위해 필름의 투과도를 조절시켜야 하는 점 때문에 제조과정이 복잡하며, 더구나 흡착에 사용된 이산화염소 기체의 농도가 2,000 ppm 에 불과하고 흡착제의 흡착능력도 낮아서 최종적으로는 흡착되는 총 흡착량이 부족하게 되므로 장기간 동안 방출농도 유지에 한계를 가지고 있다.

마찬가지로 발명 10-2008823은 고분자 물질로 코팅된 아염소산염이 흡착된 제 1 흡착제 및 제 1 흡착제에 흡착된 아염소산염과 반응하여 이산화염소를 발생시키는 활성화제를 포함하는 것을 특징으로 하는 서방형 이산화염소 발생제형 및 발생팩을 제공하는 기술로써, 이산화염소를 발생시키기 위한 원료 및 활성화제 등의 화학약품이 제품에 포함되어 있다. 또한 이산화염소를 발생시키기 위한 별도의 수분이 필요하며, 발생팩을 다공성 필름으로 포장하지 않을 경우에는 초기 방출량이 매우 높고 2 시간 후에는 1/40 수준으로 급격히 방출량이 감소하고 다공성 필름을 사용할 경우에도 47 일 동안에 방출량의 편차가 심하게 나타나는 문제점을 지니고 있다.

한국등록특허 제1416785호 한국등록특허 제770222호 한국공개특허 제2005-0015949호 한국등록특허 제1806283호 한국등록특허 제10-1443455호 한국등록특허 제10-2008823호

본 발명은 종래 기술의 문제점인 1)이산화염소 방출에 있어서 짧은 지속성과 2)일정 농도의 장기간 방출이 유지되지 않는 점 및 패킹 필름의 사용에 따른 3)제조과정의 복잡함과 4)유해한 화학약품의 사용 등의 문제점을 개선하고자 하는 것이다. 본 발명은 저 농도의 이산화염소 기체를 담체에 흡착시킴으로써 장기간 동안에 이산화염소의 방출과 일정 농도의 유지가 어려운 발명 10-1443455의 경우와는 달리, 고 농도의 이산화염소 기체를 장기간 물리화학적으로 안정되게 고 용량으로 흡착하고 유지할 수 있는 새로운 담체를 제조하는 방법 및 이러한 담체로부터 장기간 지속적으로 일정농도를 방출할 수 있는 키트를 제조하는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한 본 발명은 안전하고 잘 환기된 환경 속에서 고 농도의 이산화염소 기체를 발생시키고 연속적으로 담체에 흡착시킬 수 있는 별도의 장치를 제작함으로써 고 농도의 이산화염소가 흡착된 담체를 제조하는 방법을 제공한다. 장치의 구성은 이산화염소를 발생시키는 반응조 및 담체에 이산화염소를 흡착할 수 있는 흡착 베드를 포함하는 일련의 발생 및 흡착 장치를 통해서 담체가 제조됨으로써, 공지기술 10-2008823과는 달리 본 발명은 이산화염소 기체 생성에 필요한 별도의 원료물질이나 분해제 등의 유해 화학물질이 없는 순수한 이산화염소 기체만이 흡착된 담체를 제조하는 방법을 제공한다.

또한 본 발명의 방법으로 만들어진 방출 키트는 담체, 인디케이트 및 이산화염소 특유의 냄새를 없애주는 비드형 방향젤을 담을 수 있는 차광이 잘되는 밀폐용기 및 용기 뚜껑으로 구성된다. 따라서 키트의 제작이 매우 간편하고 제작비용도 매우 저렴한 장점이 있으며, 용기 뚜껑의 구멍(hole) 크기에 따라 간편하게 방출량과 방출기간이 조절됨으로써 장기간 동안 일정 농도의 이산화염소 기체를 방출할 수 있다.

또한 본 발명의 담체는 사용 후에도 5 회 정도 재사용이 가능하므로 자원의 재활용 측면에서도 매우 큰 장점을 가지고 있다.

한편, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명은 이산화염소 가스를 흡착시킨 담체; 밀폐용기; 뚜껑;을 포함하며,

상기 이산화염소 가스를 흡착시킨 담체는 SiO2 50 ~ 69 wt%, Al2O3 10 ~ 15 wt%, Fe2O3 5 ~ 10 wt%, MgO 5~ 10 wt%, CaO 3 ~ 5 wt%, 기타(TiO2, K2O, SO3) 4 ~ 8 wt%의 조성비를 갖는 분말과, 활성탄 분말을 혼합하여 제조하는 것을 특징으로 하는 이산화염소 방출키트를 제공한다.

또한 본 발명은 이산화염소 방출 키트에 있어서, 상기 활성탄 분말의 조성비는 10 ~ 50 wt%인 것을 특징으로 하는 이산화염소 방출 키트를 제공한다.

또한 본 발명은 이산화염소 방출 키트에 있어서, 상기 이산화염소 가스를 흡착시킨 담체는 평균 2 ~ 3mm의 크기를 가지는 구형의 비드로 제조된 것을 특징으로 하는 이산화염소 방출키트를 제공한다.

또한 본 발명은 이산화염소 방출 키트에 있어서, 상기 이산화염소 가스를 흡착시킨 담체는 비표면적(BET)이 약 70 ~ 150 m ² /g의 분포를 갖는 것을 특징으로 하는 이산화염소 방출키트를 제공한다.

또한 본 발명은 이산화염소 방출 키트에 있어서, 상기 뚜껑에는 방출량과 지속시간을 좌우하기 위하여 1 ~ 3 mm의 직경을 갖는 구멍을 갖도록 하는 것을 특징으로 하는 이산화염소 방출 키트를 제공한다.

또한 본 발명은 이산화염소 방출 키트에 있어서, 상기 이산화염소 방출 키트에 이산화염소 고유의 냄새가 나지 않도록 하기 위한 폴리아미드 방향제 젤을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이산화염소 방출 키트를 제공한다.

또한 본 발명은 이산화염소 가스를 흡착시킨 담체에 이산화염소 기체의 흡착 및 탈착 여부를 색깔로 알 수 있게 하는 인디케이트 물질인 실리카 겔을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이산화염소 방출 키트를 제공한다.

또한 본 발명은 이산화염소의 원료인 고체 NaClO2 분말을 물에 녹이고 산을 첨가하여 이산화염소수를 만들 수 있는 반응조; 상기 반응조에 공기를 2 L/분 이상의 유량으로 주입하여 이산화염소 기체를 외부로 배출할 수 있는 기체 펌프; 담체를 충진할 수 있고 이산화염소 기체를 흡착시킬 수 있는 흡착 베드; 및 이산화염소 기체의 흡착량 및 흡착의 진행 정도를 색으로 알 수 있는 지시약(indicator)인 실리카 겔;을 포함하는 것을 특징으로 하는 이산화염소 가스를 흡착시킨 담체를 제조할 수 있는 제조 장치를 제공한다.

또한 본 발명은 이산화염소 가스를 흡착시킨 담체를 제조할 수 있는 제조 장치에 있어서, 교반기, 온도계, 압력계, 유량계, 저온유지 장치 및 흡착이 완료되어 일부의 이산화염소 기체가 외부로 배출될 경우에 이를 제거 할 수 있는 과립형태의 활성탄 베드 중 어느 하나 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이산화염소 가스를 흡착시킨 담체를 제조할 수 있는 제조 장치를 제공한다.

본 발명은 고 농도의 이산화염소 기체를 흡착할 수 있는 고 용량의 담체(carrier)를 제조하는 방법 및 이를 다양한 살균 목적의 기기에 활용할 수 있도록 하기 위한 방출 키트를 제조하는 방법에 관한 것이다.

본 발명을 통한 방법으로 이산화염소 살균기기를 제조할 경우에는 장치의 초 소형화가 가능하고 구조적으로도 장치 구성이 매우 간단해지는 장점을 가진다. 또한 이산화염소 기체의 발생에 필요한 유해 화학약품인 반응원료의 사용 및 취급이 필요치 않으며, 지속적으로 일정 농도의 이산화염소의 방출이 가능하여 인체 위해성이 없는 안전한 환경에서 각종 세균 및 바이러스로부터 인체의 건강을 확보할 수 있다. 또한 비드형의 방향젤을 방출 키트에 적용하여 이산화염소 특유의 냄새를 억제함으로써 실내공간에 사용 시 냄새에 민감한 사람이 느낄 수 있는 불편함을 해소할 수 있다. 또한 본 발명을 통해서 얻어진 담체는 고 농도의 이산화염소의 흡착에 사용 후에도 5 회 정도 재사용이 가능한 것으로 나타났으므로, 자원의 재활용 측면 및 유지비용 측면에서 매우 큰 장점을 가지고 있다.

본 발명의 특성 및 장점에 대한 중요성은 첨부된 도면을 참조하여 더욱 잘 이해하게 될 것이다. 그러나, 도면은 단지 예시의 목적으로 고안된 것이지 본 발명의 제한을 정의하는 것이 아님을 이해하여야 한다.
도 1은 고농도의 이산화염소 가스를 발생시키고 담체에 흡착시키는 장치를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 흡착 후 담체에 함유된 이산화염소의 농도를 수용액 또는 공기 중에서 측정할 수 있는 분석기를 나타낸 것이다.
도 3은 밀폐 용기(40 L)에서의 이산화염소 방출량을 측정하는 장치를 나타낸 것이다.
도 4는 발명10-1443455에서 표시된 실리카겔의 시간에 따른 방출농도를 나타낸 것을 인용한 것이다.
도 5는 고 농도 이산화염소 가스를 담체에 흡착시킨 전후의 사진을 나타낸 것으로서 좌측이 반응 전이고, 우측이 반응 후이다.
도 6은 장기간 동안 이산화염소 방출량 및 지속시간을 측정할 수 있는 장치를 나타낸 것이다.

이하에서는, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시 예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시 예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.

본 발명에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.

"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.

이하 본 발명을 이루기 위한 구체적인 내용은 다음과 같다.

담체의 제조방법

먼저 이산화염소 가스를 고농도로 흡착할 수 있는 용량(capacity))을 가진 담체의 제조방법은 다음과 같다.

천연에서 다량 존재하는 다양한 광물(벤토나이트, 제올라이트, 해포석 및 알루미나)의 분말(평균 입도 10 μm)을 혼합하여 아래 표와 같은 범위의 성분 조성비를 가지는 분말을 얻었다.

담체를 이루는 광물의 조성비

화학성분	함량(wt%)	화학성분	함량(wt%)
SiO₂	50 ~ 69	MgO	5 ~ 10
Al₂O₃	10 ~ 15	CaO	3 ~ 5
Fe₂O₃	5 ~ 10	기타(TiO₂, K₂O, SO₃)	8 ~ 12

상기 분말을 비표면적이 높은 활성탄 분말과 균일하게 혼합하여 광물 분말이 활성탄 표면에 잘 분산되게 하였다. 여기에 사용된 분말 활성탄은 광물 분말을 구형의 펠릿으로 만드는 데 필요한 바인더(binder)로도 작용하나, 많은 양이 혼합되면 흡착시 고 농도의 이산화염소 가스 흡착능을 저해하는 작용을 하므로 본 발명에서는 10 ~ 50 wt%의 비율로 혼합하였다. 바람직하게는 혼합된 분말에 함유된 활성탄 분말의 함유량은 15 ~ 25 wt%로 사용하였다.

이렇게 혼합된 분말은 제약산업에서 널리 사용되고 있는 타정기(tableting machine)를 사용하여 평균 2 ~ 3 mm의 크기를 가지는 구형의 비드로 제조하였다. 제조된 구형의 담체는 활성탄의 혼합양에 따라 비표면적(BET)이 약 70 ~ 150 m2/g의 분포를 나타내었으며, 흡착에 사용되기 전에 진공 조건에서 충분히 건조한 후에 사용하였다.

제조된 담체에 이산화염소를 흡착하는 장치

제조된 비드 담체는 도 1과 같은 장치를 통하여 고 농도의 이산화염소 기체를 흡착시켰다. 장치의 구성은 원료인 고체 NaClO2 분말을 물에 녹이고 산을 첨가하여 이산화염소수를 만들 수 있는 반응조; 여기에 공기를 2 L/분 이상의 유량으로 주입하여 이산화염소 기체를 외부로 배출할 수 있는 기체 펌프; 담체를 충진할 수 있고 이산화염소 기체를 흡착시킬 수 있는 흡착 베드; 및 이산화염소 기체의 흡착량 및 흡착의 진행 정도를 색으로 알 수 있는 지시약(indicator)인 실리카 겔로 구성되었다. 그 외에도 교반기, 온도계, 압력계, 유량계, 저온유지 장치 및 흡착이 완료되어 일부의 이산화염소 기체가 외부로 배출될 경우에 이를 제거할 수 있는 과립형태의 활성탄 베드로 구성되었다. (도1 참조)

제조된 담체의 흡착 용량 평가

상기의 과정을 통하여 만들어 진 담체 중의 이산화염소 흡착 용량을 종래의 기술에서나 일반적인 흡착제로 많이 사용되어 지고 있는 실리카 겔과 비교하여 평가하였다. 평가에 사용된 분석기는 Reiss사(독일)의 물 속에서의 이산화염소 농도 측정장비(도 2)를 사용하였다. 평가 방법은 담체 및 인디케이터인 실리카 겔을 각각 1 g씩을 1 L 의 증류수가 채워진 갈색 시약병에 넣은 후, 밀봉하고 10 분 간격으로 물 중에서의 이산화염소 농도를 반복하여 측정한 결과, 30 분 경과시에 최대치의 농도가 측정되었다. 또한 이산화염소 기체의 흡착 및 탈착을 5 회 반복하여 얻은 담체도 상기와 같은 방법으로 흡착 용량의 변화를 측정한 결과 약 10 %의 흡착 용량의 감소를 나타내었으며, 이러한 결과들을 종합하여 아래 표 2에 표시하였다.

이산화염소가 흡착된 담체의 흡착 용량 분석결과

성분	10분 후	20분 후	30분 후	1시간 후
담체 1회 사용	18 ~ 20 ppm	30 ~ 35 ppm	50 ~ 57 ppm	~ 50 ppm
담체 5회 재사용	16 ~ 18 ppm	26 ~ 30 ppm	45 ~ 48 ppm	~ 45 ppm
인디케이터	8 ~ 12 ppm	15 ~ 20 ppm	25 ~ 30 ppm	~ 30 ppm

또한 아래 도 3과 같은 40 L 용량의 데시케이터에 이산화염소가 흡착된 담체와 인디케이트가 포함된 2 g을 투명한 폴리에틸렌 재질의 약 포장지로 밀봉하고 알루미늄 호일로 재포장하여 빛에 의한 분해 영향을 최소화하고 농도의 경시변화를 이산화염소 가스 측정기를 사용하여 조사한 결과, 5 일 경과시까지는 방출 농도의 변화가 없었으며, 6 일이 경과할 시점에 방출 농도의 감소현상이 나타났다. 그 결과를 아래 표 3에 나타내었다.(도3 참조)

이산화염소가 흡착된 담체의 밀폐공간에서의 방출량 조사 결과

성분	1 일	2 일	3 일	4 일
담체 + 인디케이터(2 g)	1.8 ~ 2.0 ppm	1.8 ~ 2.0 ppm	1.8 ~ 2.0 ppm	1.8 ~ 2.0 ppm
	5 일	6 일	7 일	8 일
	1.8 ~ 2.0 ppm	1.6 ~ 1.8 ppm	1.3 ~ 1.5 ppm	1.0 ~ 1.4 ppm

상기 표 3의 결과는 아래의 도 4의 종래 발명의 결과와 비교 해 볼 때, 본 발명을 통해서 얻어진 담체의 이산화염소의 흡착 용량이 매우 높음을 알 수 있다.

이산화 염소 방출 키트 제조방법

이산화염소가 흡착된 비드형의 담체를 일정시간 농도로 장기간 동안 방출할 수 있도록 방출 키트를 제조하였다. 먼저 상기 도 1의 과정을 통해서 얻은 고 농도의 이산화염소 기체가 흡착된 담체 400 g을 500 ml 용량의 폴리에틸렌 재질의 차광이 잘되는 세구형의 밀폐용기에 넣었다. 담체의 상부에는 고 흡수성 수지인 폴리아크릴아마이드(polyacrylamide) 젤에 방향제가 함유된 것을 20 ~ 50 g을 넣었다. 밀폐용기의 뚜껑은 드릴을 사용하여 1 ~ 5 mm의 구멍을 만들었다. 구멍의 크기는 방출량과 지속시간을 좌우하므로 바람직하게는 1 ~ 3 mm의 구멍 크기가 최적인 것으로 나타났다. 그 이유는 구멍의 크기가 5 mm 보다 크면 방출량은 많아지나 지속시간이 짧아지고 반대로 1 mm 보다 작으면 지속시간은 보다 길어지나 방출량이 적어져 일정 농도의 유지가 어려운 점이 있다. 이렇게 제조한 방출 키트에서 방출되는 이산화염소의 농도를 상온에서 3 개월에 걸쳐서 주기적으로 측정한 결과, 다음과 같은 결과를 얻었다. 2 mm의 구멍 크기의 경우에는 3 개월 경과 후 부터는 서서히 방출 농도가 감소되어 6 개월이 경과된 시점에서는 초기 3 개월 대비 60 ~ 70 % 수준인 12 ~ 15 ppm의 이산화염소 기체가 방출됨을 확인하였으며, 그 결과를 아래 표 4에 요약하였다.

밀폐 용기의 구멍 크기 및 시간 경과에 따른 방출 농도

구멍 크기	0 개월	1 개월	2 개월	3 개월	~ 6 개월
1 mm	15 ~ 20 ppm	15 ~ 20 ppm	15 ~ 20 ppm	15 ~ 20 ppm	14 ~ 16 ppm
2 mm	20 ~ 25 ppm	20 ~ 25 ppm	20 ~ 25 ppm	20 ~ 25 ppm	12 ~ 15 ppm
3 mm	24 ~ 28 ppm	24 ~ 28 ppm	24 ~ 28 ppm	15 ~ 20 ppm	6 ~ 10 ppm
4 mm	30 ~ 35 ppm	30 ~ 35 ppm	26 ~ 30 ppm	12 ~ 16 ppm	4 ~ 8 ppm
5 mm	40 ~ 45 ppm	40 ~ 45 ppm	20 ~ 25 ppm	6 ~ 10 ppm	1 ~ 2 ppm

[실시 예 1]

실험예 1

천연에서 쉽게 활용이 가능한 광물들, 예를 들어서 벤토나이트, 제올라이트, 해포석 및 알루미나 등의 분말(평균 입도 10 μm)을 혼합하여 SiO2 56 wt%, Al2O3 13 wt%, Fe2O3 8 wt%, MgO 8 wt%, CaO 4 wt%, SO3 3 wt%, TiO2 2 wt%, K2O 2 wt% 및 기타 4 wt%의 성분 조성비를 가지는 분말을 얻었다.

이렇게 얻어진 분말에 바인더(binder)로 작용하고 비표면적을 높이는 목적으로 활성탄 분말을 중량비로 20 %가 되게 혼합(1 : 4의 비율)하고 광물 분말이 활성탄 표면에 잘 분산되게 균질화하였다. 최종적으로 혼합된 분말은 적절한 강도 및 흡착과정의 통기성을 확보하기 위하여 제약산업에서 널리 사용되고 있는 타정기를 사용, 평균 2 ~ 3 mm의 크기를 가지는 구형의 비드를 제조하였다. 제조된 구형의 비드 담체는 활성탄과의 혼합 비율에 따라 비표면적(BET)이 약 80 ~ 150 m2/g의 범위로 나타났으며, 이산화염소 가스 흡착에 사용되기 전에 100 oC 이하의 진공 조건에서 충분히 건조하였다. 건조가 완료된 담체에 이산화염소가 흡착되면 노란색을 띄는 성질을 가져 인디케이트로 사용이 가능한 실리카 겔을 혼합하여 흡착의 진행 상황을 확인할 수 있도록 하였다.

이산화염소 기체의 흡착은 도 1에서 표시한 바와 같은 흡착 장치를 제작하여 실시하였다. 반응조에서 이산화염소를 생성시키는 분해제인 산(염산 및 다양한 유기산 등)과 원료인 NaClO2를 수용액 상태에서 반응시켜 고 농도의 이산화염소 기체를 발생시키고, 발생된 고 농도의 이산화염소 기체를 저온(11 oC 이하)이 유지된 흡착 베드에서 담체에 흡착시켰다. 흡착이 완료된 담체의 흡착 전후의 사진을 아래 도 5에 표시하였다. 이렇게 얻어진 담체 1 g을 1 L 증류수를 넣은 1 L의 용량의 차광이 되는 갈색 시약병에 넣고 밀봉하고 물속으로 용해된 이산화염소의 농도를 30 분 후에 측정한 결과, 약 57.1 ppm의 농도가 측정되었다.

또한, 이산화염소가 흡착된 2 g의 담체를 약 포장용 투명지에 포장한 후, 알루미늄 호일로 외부를 차광하고 40 L 데시케이터에서 8 일간 방출 농도를 조사하였다(도 2 참조). 그 결과, 5 일 까지는 2.0 ppm 수준으로 일정 농도가 유지가 되는 것으로 나타났으며, 그 이후 6 일차부터 서서히 감소되어 8 일차에는 방출량이 감소되어 약 1.4 ppm의 이산화염소가 방출되는 것으로 나타났다. (도 5 참조)

실험예 2 내지 13

위의 실험예 1과 같은 방법으로 각 광물의 조성비만을 달리하여 실험예 2 내지 13의 각각 조성비에 대하여 실험을 진행하였다. (표5 참조)

또한 실험예 1과 같은 방법으로 실험예 2 내지 13으로부터 얻어진 이산화염소가 흡착된 2g의 담체의 8일간 방출농도를 측정하여, 흡착능력을 측정하였다.(표6 참조)

비교예 1 내지 12

위의 실험예 1과 같은 방법으로 각 광물의 조성비만을 달리하여 비교예 1 내지 12의 각각 조성비에 대하여 실험을 진행하였다. (표5 참조)

또한 실험예 1과 같은 방법으로 비교예 1 내지 12으로부터 얻어진 이산화염소가 흡착된 2g의 담체의 8일간 방출농도를 측정하여, 흡착능력을 측정하였다.(표6 참조)

담체를 이루는 광물의 조성비

실험예 (wt%)	SiO2	Al2O3	Fe2O3	MgO	CaO	기타(TiO2,K2O,SO3)
실험예1	56	13	8	8	4	11
실험예2	50	15	10	10	5	10
실험예3	62	10	7	7	4	10
실험예4	62	12	5	7	4	10
실험예5	62	12	7	5	4	10
실험예6	62	12	7	6	3	10
실험예7	62	12	7	7	4	8
실험예8	69	10	5	5	3	8
실험예9	57	15	7	7	4	10
실험예10	57	12	10	7	4	10
실험예11	57	11	8	10	4	10
실험예12	58	12	8	8	5	9
실험예13	57	11	8	8	4	12
비교예1	45	16	11	11	5	12
비교예2	60	8	9	9	4	10
비교예3	62	13	3	8	4	10
비교예4	64	12	7	3	4	10
비교예5	61	12	8	8	1	10
비교예6	63	13	7	7	4	6
비교예7	75	9	4	4	2	6
비교예8	55	17	7	7	4	10
비교예9	55	12	12	7	4	10
비교예10	55	12	8	12	4	9
비교예11	57	12	7	7	7	10
비교예12	56	12	7	7	4	14

각 조성비에 따른 담체의 흡착능력 실험 결과

실험예 (ppm)	1일	2일	3일	4일	5일	6일	7일	8일
실험예1	2.0	2.0	2.0	2.0	2.0	1.9	1.6	1.4
실험예2	2.0	2.0	2.0	2.0	2.0	1.6	1.3	1.2
실험예3	2.0	2.0	2.0	2.0	2.0	1.7	1.4	1.2
실험예4	2.0	2.0	2.0	2.0	2.0	1.9	1.7	1.5
실험예5	2.0	2.0	2.0	2.0	2.0	1.9	1.7	1.5
실험예6	2.0	2.0	2.0	2.0	2.0	1.9	1.7	1.5
실험예7	2.0	2.0	2.0	2.0	2.0	1.9	1.7	1.5
실험예8	2.0	2.0	2.0	2.0	2.0	1.7	1.5	1.2
실험예9	2.0	2.0	2.0	2.0	2.0	1.6	1.4	1.3
실험예10	2.0	2.0	2.0	2.0	2.0	1.9	1.8	1.5
실험예11	2.0	2.0	2.0	2.0	2.0	1.9	1.8	1.6
실험예12	2.0	2.0	2.0	2.0	2.0	1.8	1.6	1.5
실험예13	2.0	2.0	2.0	2.0	2.0	1.9	1.7	1.4
비교예1	2.0	2.0	1.8	1.6	1.3	1.1	0.9	0.5
비교예2	2.0	2.0	1.9	1.7	1.4	1.0	0.8	0.5
비교예3	2.0	2.0	2.0	2.0	1.9	1.5	1.2	1.0
비교예4	2.0	2.0	2.0	2.0	1.7	1.3	1.1	0.9
비교예5	2.0	2.0	2.0	2.0	1.7	1.2	1.0	0.8
비교예6	2.0	2.0	2.0	2.0	1.9	1.5	1.2	1.0
비교예7	2.0	2.0	1.8	1.6	1.3	1.1	0.8	0.4
비교예8	2.0	2.0	1.8	1.6	1.4	1.0	0.8	0.4
비교예9	2.0	2.0	2.0	1.9	1.7	1.4	1.2	1.0
비교예10	2.0	2.0	2.0	1.5	1.3	1.2	1.1	0.9
비교예11	2.0	2.0	2.0	1.6	1.4	1.2	1.0	0.9
비교예12	2.0	2.0	2.0	1.5	1.3	1.2	1.0	0.8

위와 같은 실험예 1 내지 13를 통하여 본 발명에서 제시한 조성비의 범위 내에서는 흡착능력이 종래 기술(발명10-1443455)의 실리카겔 흡착제의 방출 농도 및 지속 시간에 비하여 현저하게 우수하며, 비교예 1 내지 12를 통하여 본 발명에서 제시한 수치범위 외에서는 그와 같은 현저한 방출 농도 및 지속시간을 보여주지 못함을 확인할 수 있다.

구체적으로, 실험예 2 내지 7 은 각각의 광물 조성비에 대하여 어느 한 성분을 본 발명에서 제시한 조성비 범위 중 최소 조성비로 두고 나머지 조성비에 대하여는 본 발명이 제시한 수치범위 중 임의로 특정한 조성비로 흡착능력을 평가한 것이다.

또한, 실험예 8 내지 13 은 각각의 광물 조성비에 대하여 어느 한 성분을 본 발명에서 제시한 최대 조성비로 두고, 나머지 광물의 조성비에 대하여는 제시된 수치범위 중 임의로 특정된 조성비로 흡착능력을 평가한 것이다.

또한 비교예 1 내지 6은 각각의 광물 조성비에 대하여 어느 한 성분의 조성비를 본 발명에서 제시한 범위 보다 적은 수치범위로 하고 나머지 광물의 조성비는 본 발명에서 제시한 수치 범위 중 특정 수치로 하였을 때 현저한 흡착능력을 보여주지 못함을 보여주기 위한 실험 결과 이다.

또한 비교예 7 내지 12는 각각의 광물 조성비에 대하여 어느 한 성분의 조성비를 본 발명에서 제시한 범위 보다 높은 수치범위로 하고 나머지 광물의 조성비는 본 발명에서 제시한 수치 범위 중 특정 수치로 하였을 때 현저한 흡착능력을 보여주지 못함을 보여주기 위한 실험 결과 이다.

[실시예 2]

장기간 동안 안정적으로 이산화염소 기체를 방출할 수 있게 하기 위해서 아래와 같은 방법으로 이산화염소 방출 키트를 제작하였다.

500 ml 용량의 차광이 잘되는 폴리에틸렌 밀폐용기에 고 농도의 이산화염소가 흡착된 담체와 인디케이트를 합하여 400 g을 넣고, 용기의 상부에 고 흡수성 수지에 방향성 물질이 침지된 비드형 젤 20 g을 넣었다. 밀폐용기 뚜껑은 방출량의 조절을 위해서 1 ~ 3 mm의 구멍을 내고 뚜껑을 닫아서 이산화염소 방출 키트를 제작하였다.

이렇게 제작된 키트의 방출농도 및 장기간 농도유지 성능을 파악하기 위하여 구멍 출구에 Y자 형태의 연결관을 아래 도 6과 같이 설치한 후, 에어 펌프로 분당 2 L의 유량을 통과 시키고 방출농도를 3 개월에 걸쳐서 일정간격으로 상온에서 측정기로 측정하였다. 그 결과, 3 개월 동안 밀폐용기 외부로 방출되는 이산화염소 가스 농도는 구멍의 크기에 따라 방출량과 지속 시간은 다르지만, 2 mm 구멍 크기일 경우에는 약 25 ppm 농도의 이산화염소가 3 개월 동안 일정하게 지속적으로 방출됨을 확인하였다.

또한 향후 살균기기로의 적용 가능성을 조사하기 위하여 하기의 도 6의 방출 키트를 240 m3의 실내 공간에서 환풍 용량이 분당 약 4,000 L인 송풍기 팬의 흡입구에 이산화염소 방출 키트의 Y자 연결관의 출구 부분을 연결하여 자동으로 희석되게 설치하였다. (도6 참조)최종적으로 환풍기 출구에서 방출되는 이산화염소 농도를 3 개월 동안 일정 간격으로 측정해보니 약 2,000배가 희석된 0.01 ppm 수준의 이산화염소 농도가 지속적으로 방출됨을 확인하였다. 이러한 결과로 볼 때, 이산화염소 방출 키트는 세균 및 바이러스의 살균이 필요한 다중 이용시설의 실내 공간 및 병원의 진료실 등에서 인체 허용 안전 농도인 0.1 ppm의 1/10 수준에서 안전하게 살균에 이용될 수 있음을 알 수 있었다. 또한 필요시에는 구멍의 크기를 넓게 하여 보다 높은 농도(0.1 ppm 이하)에서 살균 목적에 따라 조절이 가능함을 확인하였다.

Claims

이산화염소 가스를 흡착시킨 담체;
밀폐용기;
뚜껑;을 포함하며,
상기 이산화염소 가스를 흡착시킨 담체는 SiO2 50 ~ 69 wt%, Al2O3 10 ~ 15 wt%, Fe2O3 5 ~ 10 wt%, MgO 5~ 10 wt%, CaO 3 ~ 5 wt%, 기타(TiO2, K2O, SO3) 4 ~ 8 wt%의 조성비를 갖는 분말과, 활성탄 분말을 혼합하여 제조하며,
이산화염소 고유의 냄새가 나지 않도록 하기 위한 폴리아미드 방향제 젤을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이산화염소 방출키트.
제 1항에 있어서,
상기 활성탄 분말의 조성비는 10 ~ 50 wt%인 것을 특징으로 하는 이산화염소 방출 키트.
제 1항에 있어서,
상기 활성탄 분말의 조성비는 15 ~ 25 wt%인 것을 특징으로 하는 이산화염소 방출 키트.
제 1항에 있어서,
상기 이산화염소 가스를 흡착시킨 담체는 평균 2 ~ 3mm의 크기를 가지는 구형의 비드로 제조된 것을 특징으로 하는 이산화염소 방출키트.
제 1항에 있어서,
상기 이산화염소 가스를 흡착시킨 담체는 비표면적(BET)이 70 ~ 150 m ² /g의 분포를 갖는 것을 특징으로 하는 이산화염소 방출키트.
제 1항에 있어서,
상기 뚜껑에는 방출량과 지속시간을 좌우하기 위하여 1 ~ 5 mm의 직경을 갖는 구멍을 갖도록 하는 것을 특징으로 하는 이산화염소 방출 키트.
제 1항에 있어서,
상기 뚜껑에는 방출량과 지속시간을 좌우하기 위하여 1 ~ 3 mm의 직경을 갖는 구멍을 갖도록 하는 것을 특징으로 하는 이산화염소 방출 키트.
삭제
제 1항에 있어서,
상기 이산화염소 가스를 흡착시킨 담체에 이산화염소 기체의 흡착 및 탈착 여부를 색깔로 알 수 있게 하는 인디케이트 물질인 실리카 겔을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이산화염소 방출 키트.
이산화염소의 원료인 고체 NaClO2 분말을 물에 녹이고 산을 첨가하여 이산화염소수를 만들 수 있는 반응조;
상기 반응조에 공기를 2 L/분 이상의 유량으로 주입하여 이산화염소 기체를 외부로 배출할 수 있는 기체 펌프;
담체를 충진할 수 있고 이산화염소 기체를 흡착시킬 수 있는 흡착 베드;
및 이산화염소 기체의 흡착량 및 흡착의 진행 정도를 색으로 알 수 있는 지시약(indicator)인 실리카 겔;을 포함하는 것을 특징으로 하는
제1항의 이산화염소 가스를 흡착시킨 담체를 제조할 수 있는 제조 장치.
제 10항에 있어서
교반기, 온도계, 압력계, 유량계, 저온유지 장치 및 흡착이 완료되어 일부의 이산화염소 기체가 외부로 배출될 경우에 이를 제거 할 수 있는 과립형태의 활성탄 베드 중 어느 하나 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이산화염소 가스를 흡착시킨 담체를 제조할 수 있는 제조 장치.