KR102482888B1 - 고순도를 갖는 이산화염소수 및 이의 제조방법 - Google Patents

고순도를 갖는 이산화염소수 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고순도를 갖는 이산화염소수의 제조방법에 관한 것이고, 아염소산나트륨 (sodium chlorite) 용액과 산용액을 반응시켜 이산화염소 가스를 생성시키는 단계; 및 상기 이산화염소 가스를 물에 용존시키는 단계;를 포함하며, 이는 염소산나트륨 (sodium chlorite) 용액과 산용액을 반응시켜서 생성된 이산화염소 가스를 직접 물에 용존시킴으로써 고순도를 갖는 이산화염소수를 제조할 수 있는 장점을 갖는다.

Description

고순도를 갖는 이산화염소수 및 이의 제조방법 {AQUEOUS CHLORINE DIOXIDE HAVING HIGH PURITY AND THE MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 고순도를 갖는 이산화염소수 및 이의 제조방법에 관한 것이며, 물을 제외한 나머지 성분 중 이산화염소가 차지하는 비중이 99.5중량% 이상인 순도를 가지며, 실온에서 장기간 동안 높은 순도를 유지할 수 있는 장점을 갖는 이산화염소수 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
최근들어, 각종 바이러스, 세균 또는 곰팡이 등과 같은 각종 병원성 미생물로 인하여 인류의 건강이 심각하게 위협받는 사례가 전세계적으로 증가하고 있으며, 특히 밀폐된 공간인 실내 환경에서는 이러한 병원성 바이러스가 감염자의 기침, 재채기 또는 호흡을 통하여 타액에 섞인채 미세 비말상태로 공기중으로 확산되고 일정기간 공기 중에 잔존함으써 공기를 통해서도 타인에게 쉽게 전파되는 심각한 문제가 발생되고 있다.
따라서, 이와 같이 밀폐된 공간에서 병원성 미생물이 공기를 통하여 전파되는 것을 차단하기 위하여 살균성 기체에 관한 연구가 다양하게 이루어지고 있으며, 특히 이산화염소(ClO2)는 인체에는 전혀 무해하고 병원성 미생물에 대한 살균력이 우수하여 친환경 살균성 기체로 주목받고 있다.
한편, 이러한 이산화염소가 물(H2O)에 용존되어 있는 상태인 이산화염소수를 제조하는 방법과 관련하여, 하기 특허문헌 1은 방수투습막을 이용한 이산화염소수 발생장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 아염소산나트륨과 산이 혼합된 반응용기 내부에서 발생하는 이산화염소 가스를 방수투습막을 통해 저수조 내부로 이동시키고, 저수조 내부에서 물에 용해되면서 이산화염소수가 생성되도록 하는 방수투습막을 이용한 이산화염소수 발생장치를 개시하고 있으나, 이러한 방법으로 제조된 이산화염소수는 다량의 불순물이 함유되어 순도가 높지 못하다는 단점을 갖는다.
따라서, 불순물이 거의 함유되지 않은 고순도의 이산화염소수를 제조할 수 있는 새로운 기술에 대한 개발이 절실히 요구되는 실정이다.
특허문헌 1: 한국 공개특허 제10-2015-0125892호(2015.11.10)
본 발명의 목적은 불순물이 거의 함유되지 않은 고순도의 이산화염소수를 제조할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일구현예에 따른 고순도를 갖는 이산화염소수의 제조방법은 아염소산나트륨 (sodium chlorite) 용액과 산용액을 반응시켜 이산화염소 가스를 생성시키는 단계 (S100); 및 상기 이산화염소 가스를 물에 용존시키는 단계(S200);를 포함할 수 있다.
본 발명의 일구현예에 따른 고순도를 갖는 이산화염소수의 제조방법에 있어서, 상기 산용액은 염산용액, 황산용액, 또는 구연산용액일 수 있다.
본 발명의 일구현예에 따른 고순도를 갖는 이산화염소수의 제조방법에 있어서, 상기 아염소산나트륨 용액은 아염소산나트륨과 물로 이루어진 것일 수 있다.
본 발명의 일구현예에 따른 고순도를 갖는 이산화염소수의 제조방법에 있어서, 상기 염산용액, 황산용액 또는 구연산용액은 각각 염산 및 물, 황산 및 물, 구연산 및 물로 이루어진 것일 수 있다.
본 발명의 일구현예에 따른 고순도를 갖는 이산화염소수의 제조방법에 있어서, 상기 아염소산나트륨 용액은 15 내지 30wt%의 농도를 갖는 것일 수 있다.
본 발명의 일구현예에 따른 고순도를 갖는 이산화염소수의 제조방법에 있어서, 상기 아염소산나트륨 용액의 농도가 23wt%일 때, 상기 염산용액의 농도는 5 내지 15wt%이고, 상기 황산용액의 농도는 4 내지 10wt%이고, 상기 구연산용액의 농도는 35 내지 45wt%일 수 있다.
본 발명의 일구현예에 따른 고순도를 갖는 이산화염소수의 제조방법에 있어서, 상기 아염소산나트륨 용액의 농도가 23wt%일 때, 상기 염산용액의 농도는 9.5wt%이고, 상기 황산용액의 농도는 7wt%이고, 상기 구연산용액의 농도는 40wt%일 수 있다.
본 발명의 일구현예에 따른 이산화염소수는 상기 다양한 구현예에 따른 방법으로 제조되며, 99.5% 이상의 순도를 갖는 것일 수 있다.
본 발명에 따른 이산화염소수의 제조방법은 아염소산나트륨 (sodium chlorite) 용액과 산용액을 반응시켜서 생성된 이산화염소 가스를 직접 물에 용존시킴으로써 고순도를 갖는 이산화염소수를 제조할 수 있는 장점을 갖는다.
도 1은 본 발명에 따른 이산화염소수의 제조방법의 개략적인 과정을 나타내는 공정도이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명은 고순도를 갖는 이산화염소수 및 이의 제조방법에 관한 것이며, 물을 제외한 나머지 성분 중 이산화염소가 차지하는 비중이 99.5중량% 이상인 순도를 가지며, 실온에서 장기간 동안 높은 순도를 유지할 수 있는 장점을 갖는 이산화염소수 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 이산화염소수의 제조방법은 아염소산나트륨 (sodium chlorite) 용액과 산용액을 반응시켜서 생성된 이산화염소 가스를 직접 물에 용존시킴으로써 고순도를 갖는 이산화염소수를 제조할 수 있는 장점을 갖는다.
도 1은 본 발명에 따른 이산화염소수의 제조방법의 개략적인 과정을 나타내는 공정도이다.
도 1을 참고하여, 이하 본 발명에 따른 이산화염소수의 제조방법을 자세히 설명하기로 한다.
본 발명의 일구현예에 따른 고순도를 갖는 이산화염소수의 제조방법은 아염소산나트륨 (sodium chlorite) 용액과 산용액을 반응시켜 이산화염소 가스를 생성시키는 단계 (S100); 및 상기 이산화염소 가스를 물에 용존시키는 단계(S200);를 포함할 수 있다.
종래에는 이산화염소수를 제조하기 위하여 아염소산나트륨 및 아염소산나트륨과 반응하여 이산화염소를 생성할 수 있는 다양한 산성물질을 물에 함께 희석하는 방법을 사용하였다.
그러나, 이와 같이 아염소산나트륨과 산성물질을 단순히 물에 희석시킴으로써 이산화염소수를 제조할 경우에는 이들 물질의 반응에 의하여 생성되는 이산화염소 이외에도 기타 불순물이 이산화염소수 용액에 함께 포함되어 있게 되어 이산화염소수의 순도가 현저하게 낮아지는 문제가 있었다.
따라서, 본 발명자는 이와 같이 제조된 이산화염소수의 순도가 낮아지는 문제를 해결하기 위하여 아염소산나트륨 용액과 산용액을 반응시켜 일차적으로 가스 상태의 이산화염소를 생성시키고, 이와 같이 생성된 이산화염소 가스를 포집하여 고속으로 흐르는 물에 공급해줌으로써, 고속으로 흐르는 물에 순수한 이산화염소 가스만 용존되도록 하여 그 결과로 생성된 이산화염소수의 순도를 매우 높게 유지할 수 있음을 발견하였다.
상기 산용액으로는 염산용액, 황산용액, 또는 구연산용액을 사용할 수 있다.
더욱 구체적으로, 아염소산나트륨 (sodium chlorite) 용액과 산용액을 반응시켜 이산화염소 가스를 생성시키는 단계(S100)는 다음과 같은 방법을 통하여 수행될 수 있다.
[반응식 1]
NaClO2 → Na+ + ClO2 -
우선, 물에 용해된 아염소산나트륨(NaClO2)은 상기 반응식 1과 같이 Na+ 이온과 ClO2 - 이온으로 분해되며, 염산용액, 황산용액, 또는 구연산용액에 포함된 염산, 황산, 또는 구연산 등에 의하여 ClO2 - 가 전자(e-)를 잃고 이산화염소(ClO2)가 생성된다.
이와 같이 생성된 이산화염소(ClO2)는 혼합용액으로부터 기체상태로 분리가능하며, 분리된 이산화염소(ClO2) 기체는 별도의 포집장치를 이용하여 포집하는 것이 가능하다.
한편, 이와 같은 아염소산나트륨(sodium chlorite) 용액과 산용액을 반응시켜 이산화염소 가스를 생성시키는 단계(S100)는 더욱 구체적으로 아염소산나트륨(sodium chlorite) 용액과 산용액이 혼합된 혼합용액을 진공챔버에 넣은 상태에서 챔버를 진공상태로 만들고 이러한 상태를 유지하여 약 30분간 방치하고, 진공챔버에 서서히 공기를 주입하여 약 2기압의 상태를 만들고 이러한 상태를 다시 유지하여 약 30분간 방치하는 과정을 거쳐 수행함으로써, 이산화염소 가스의 생성효율을 극대화할 수 있음을 발견하였다.
[실험 1]
1기압에서 아염소산나트륨(sodium chlorite) 용액과 염산용액을 혼합한 혼합용액을 만들고 1기압을 유지한 상태에서 1시간 방치후, 생성되는 이산화염소 가스의 생성량 (A)과 아염소산나트륨(sodium chlorite) 용액과 염산용액을 혼합한 혼합용액을 진공챔버에 넣은 상태에서 챔버를 진공상태로 만들고 이러한 상태를 유지하여 30분간 방치하고, 진공챔버에 서서히 공기를 주입하여 2기압의 상태를 만들고 이러한 상태를 다시 유지하여 30분간 방치하는 과정을 거쳐 생성되는 이산화염소 가스의 생성량(B)을 비교하는 실험을 수행하였으며, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다. 위의 두 가지 실험은 기타 조건을 모두 동일하게 유지한 상태로 수행되었다.
하기 표 1에는 전체 챔버부피(100ℓ)당 생성된 총 이산화염소 가스의 부피(㎖)가 표시되어 있다.
구분 이산화염소 가스 생성량 (㎖)
A 230
B 785
한편, 상기 이산화염소 가스를 물에 용존시키는 단계(S200)는 상기 과정을 거쳐 생성된 아염소산가스를 추출하여 이를 순수한 물(H2O)에 공급하여 이를 물에 용존시키는 과정이다.
이러한 과정은 더욱 구체적으로 다음과 같은 방법으로 수행된다.
우선, 상기 과정을 통하여 생성된 이산화염소 가스는 진공챔버 내부의 압력을 2기압으로 유지한 상태에서 챔버에 구비된 배출구를 개방하여 배출구와 연결된 노즐을 통하여 챔버 외부로 배출시킨다. 노즐을 통하여 배출되는 이산화염소가스는 내부 직경이 약 1 내지 3㎜ 정도인 원형관 내부를 1 내지 3m/초 정도의 속도를 일 방향으로 흐르는 물에 직접 공급된다.
상기 원형관은 직선형으로 형성되거나 또는 나선형으로 형성되는 것이 가능하다.
상기 원형관을 코일스프링 형상의 나선형으로 형성하는 경우 나선회전력에 의하여 물에 대한 이산화염소의 용존률을 더욱 향상시키는 것이 가능하다.
[실험 2]
내부직경이 2㎜인 원형관을 직선으로 형성한 경우(A)와 내부직경이 2㎜인 원형관을 나선형(1회선 나선의 원직경은 3㎝로 하였고, 각 회선당 이웃하는 나선의 거리는 1㎝로 형성함)으로 형성한 경우(B)에 각각 물에 용존되는 이산화염소 가스의 양을 측정하여 하기 표 2에 나타내었다. 위의 두 가지 실험은 기타 조건을 모두 동일하게 유지한 상태로 수행되었다.
하기 표 2에는 물의 부피 1ℓ당 용존된 총 이산화염소 가스의 부피(㎖)가 표시되어 있다.
구분 이산화염소 가스 용존량 (㎖)
A 35
B 78
상기 원형관에 공급되는 물은 정제수를 사용하거나, 또는 자화수를 사용하는 것이 가능하다.
자화수는 자석의 N극과 S극 사이를 통과시켜 형성하는 것이 가능하며, 자화수를 사용할 경우 이산화염소의 용존률을 더욱 향상시키는 것이 가능하고, 용존된 이산화염소의 용존 유지력 또한 더욱 향상된다는 점을 발견하였다.
[실험 3]
내부직경이 2㎜인 원형관을 통과하는 비자화수에 이산화염소 가스를 공급한 경우(A)와 내부직경이 2㎜인 원형관을 통과하는 자화수에 이산화염소 가스를 공급한 경우(B)에 각각 물에 용존된 이산화염소 가스의 양 및 시간이 경과함에 따른 잔류 용존량을 측정하여 하기 표 3에 나타내었다. 위의 두 가지 실험은 기타 조건을 모두 동일하게 유지한 상태로 수행되었다.
하기 표 3에는 물의 부피 1ℓ당 용존된 총 이산화염소 가스의 부피(㎖)가 표시되어 있다.
구분 이산화염소 가스 용존량 (㎖)
0시간 100시간 200시간 300시간 400시간
A 35 25 12 8 3
B 53 52 50 48 45
한편, 본 발명의 이산화염소수의 제조방법에 있어서, 상기 아염소산나트륨 용액은 아염소산나트륨과 물로만 이루어진 것이며, 상기 염산용액, 황산용액 또는 구연산용액은 각각 염산 및 물, 황산 및 물, 구연산 및 물로만 이루어진 것을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일구현예에 따른 고순도를 갖는 이산화염소수의 제조방법에 있어서, 상기 아염소산나트륨 용액은 15 내지 30wt%의 농도를 갖는 것일 수 있다.
본 발명의 일구현예에 따른 고순도를 갖는 이산화염소수의 제조방법에 있어서, 상기 아염소산나트륨 용액의 농도가 23wt%일 때, 상기 염산용액의 농도는 5 내지 15wt%이고, 상기 황산용액의 농도는 4 내지 10wt%이고, 상기 구연산용액의 농도는 35 내지 45wt%일 수 있다.
본 발명의 일구현예에 따른 고순도를 갖는 이산화염소수의 제조방법에 있어서, 상기 아염소산나트륨 용액의 농도가 23wt%일 때, 상기 염산용액의 농도는 9.5wt%이고, 상기 황산용액의 농도는 7wt%이고, 상기 구연산용액의 농도는 40wt%일 수 있다.
본 발명의 일구현예에 따른 이산화염소수는 상기 다양한 구현예에 따른 방법으로 제조되며, 99.5(부피)% 이상의 순도를 갖는다.

Claims (8)

  1. 아염소산나트륨 (sodium chlorite) 용액과 산용액을 반응시켜 이산화염소 가스를 생성시키는 단계; 및
    상기 이산화염소 가스를 물에 용존시키는 단계;를 포함하고,
    상기 이산화염소 가스는 아염소산나트륨(sodium chlorite) 용액과 염산용액을 혼합한 혼합용액을 진공챔버에 넣은 상태에서 챔버를 진공상태로 만들고 이러한 진공상태를 유지하여 30분간 방치하고, 진공챔버에 서서히 공기를 주입하여 2기압의 상태를 만들고 이러한 2기압상태를 다시 유지하여 30분간 방치하는 과정을 거쳐 생성되며,
    상기 이산화염소가스가 용존되는 물은 내부 직경이 1 내지 3㎜이며 1회선 나선의 원직경이 3㎝이고, 각 회선당 이웃하는 나선의 거리가 1㎝인 나선형 원형관을 통과하면서 이산화염소가스를 공급받으며,
    상기 이산화염소 가스가 용존되는 물은 자석의 N극과 S극 사이를 통과시켜 형성된 자화수인 것을 특징으로 하는 고순도를 갖는 이산화염소수의 제조방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 산용액은
    염산용액, 황산용액, 또는 구연산용액인 것을 특징으로 하는 고순도를 갖는 이산화염소수의 제조방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 아염소산나트륨 용액은 아염소산나트륨과 물로 이루어진 것을 특징으로 하는 고순도를 갖는 이산화염소수의 제조방법.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 염산용액, 황산용액 또는 구연산용액은 각각 염산 및 물, 황산 및 물, 구연산 및 물로 이루어진 것을 특징으로 하는 고순도를 갖는 이산화염소수의 제조방법.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 아염소산나트륨 용액은 15 내지 30wt%의 농도를 갖는 것을 특징으로 하는 고순도를 갖는 이산화염소수의 제조방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 아염소산나트륨 용액의 농도가 23wt%일 때,
    상기 염산용액의 농도는 5 내지 15wt%이고,
    상기 황산용액의 농도는 4 내지 10wt%이고,
    상기 구연산용액의 농도는 35 내지 45wt%인 것을 특징으로 하는 고순도를 갖는 이산화염소수의 제조방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 아염소산나트륨 용액의 농도가 23wt%일 때,
    상기 염산용액의 농도는 9.5wt%이고,
    상기 황산용액의 농도는 7wt%이고,
    상기 구연산용액의 농도는 40wt%인 것을 특징으로 하는 고순도를 갖는 이산화염소수의 제조방법.
  8. 삭제
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