KR19990012843A

KR19990012843A - 강산성 소독수 제조용 소금물 전해방법 및 그 장치

Info

Publication number: KR19990012843A
Application number: KR1019970036395A
Authority: KR
Inventors: 지종기
Original assignee: 지종기
Priority date: 1997-07-25
Filing date: 1997-07-25
Publication date: 1999-02-25

Abstract

본 발명은 여러 가지 종류의 세라믹 분말이나 그래뉴얼을 이용하여 다공성 세라믹 격막을 제조하고, 이 격막의 한쪽에 카본전극을 양극으로 하고 다른 한쪽에 스텐전극을 음극으로 설치하거나 양극과 음극 양쪽 다 카본 전극을 설치하여 소금물이나 그외 여러가지 금속 염화물을 전기분해하여 양극실에서 강한 산성수를 합성하여 대장균이나 식중독균을 순식간에 사멸시키는 소독수를 생산한다. 이 강산성수는 강력한 식중독 균인 O-157 균은 물론 병원에서 감염되기 쉬운 MRSA 균도 단 몇분이면 전멸시킬 수 있으며 일반 소독제보다 10배 이상 강력한 소독수를 제조하고, 음극실에서 강알칼리수를 생성시켜 우수한 세척수로 이용하는 방법과 장치에 관한 것이다. 소독수와 세척수 모두 인체나 동식물에 무해하며 일반 소독제나 세척제보다 경제적으로 매우 우수하며 독성이 없고, 환경친화적인 제품을 생산하여 소독과 세척으로 우리의 식생활과 의류 및 무공해 식품 생산으로 그 파급효과가 엄청날 것으로 믿는다.

Description

강산성 소독수 제조용 소금물 전해방법 및 그 장치

제 1, 2, 3도 : 본 발명의 단면 구성도.

제 4 도 : 본 발명 전해전극의 다른 실시예 정면도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

(가) --- 전해셀(2) --- 절연 케이스

(4) --- 절연덮개(6) --- 다공성 세라믹 격막

(8) --- 양극 전해조(10) --- 음극 전해조

(12) --- 양전극(14) --- 음전극

(16) --- 전해전원(18)(28)(34) --- 밸브

(20) --- 급수관(22) --- 급수구

(24) --- 소금물(26)(32) --- 출수구

(30)(36) --- 출수관(38) --- 절연 분리막

(40) --- 걸림간(42) --- 피스

(44) --- 걸림홈(46) --- 지지블록

(48) --- 패킹(50) --- 삽입홈

본 발명은 전해조내에 다공성 세라믹 격막(격판)을 설치하고, 다공성 세라믹 격막의 한쪽에는 양극(anode)을 설치하고, 다른 한쪽에는 음극(cathode)을 설치하고, 전해조에 일정 농도의 소금물을 공급한 다음 양전극과 음전극으로 직류전력을 인가하면 양극 전해조에는 강산성수가 생성되고, 음극 전해조에는 강알카리수가 생성되도록 한 소금물 전기분해 방법 및 그 장치에 관한 것이다.

이렇게 얻은 강산성수는 식중독균과 대장균을 순식간에 살균시키며 특히 강력한 식중독 병원균인 O-157 균은 물론 병원에서 감염되기 쉬운 MRSA 균도 단 몇 분이면 전멸시키는 일반소독제보다 10배나 강력한 소독수이다. 그리고 강알카리수는 우수한 세척수로 사용될 수 있다.

최근 일본에서는 소금물 전기 분해의 양극수인 강산성수가 강력한 살균소독수로 이용되고 있으나 사람이나 동물의 피부에 묻혀 보거나 눈에 넣어보아도 전혀 자극성이 없고 아무런 영향없이 오직 살균소독의 효과만 나타나고 있으며, 하루에 몇번씩 손을 씻어도 피부가 거칠어지지 않는 신비의 물로 인기를 끌고 있다.

이러한 양극수는 매우 강력한 살균효과를 지니고 있으므로 피가 묻은 가운이나 시트를 소독할 수 있고, 피부병 치료제로 이용되기도 한다. 뿐만 아니라 인체나 동식물에 완전히 무해한 대체농약으로 이용될 수 있다.

소금물 전기 분해시 양극에서 염소이온(Cl^-)의 산화로 발생되는 염소의 농도는 0.005% 이하이므로 인체나 동식물에는 아무런 피해를 주지 않는다. 또한 이 강산성수는 유기물에 접촉하면 일반물(水)로 쉽게 변하기 때문에 소독수로 사용한 다음 그대로 버려도 환경문제를 전혀 유발시키지 않는다.

본 발명의 전해장치는 소금물인 염화나트륨(NaCl(aq)) 뿐만 아니라 염화칼륨 수용액(Kcl(aq))의 전기분해에도 적용될 수 있다. 물론 다른 여러 가지 염화물 수용액의 전해에도 적용 가능하다.

본 발명 전해장치의 핵심부품은 전극과 다공성 세라믹 격막이다. 소금물 전해시에 양극은 비활성인 탄소전극이나 백금 전극이 용출되지 않으므로 적합한 전극으로 이용될 수 있다. 탄소전극은 본 발명자가 본 발명에 앞서 출원한 특허출원 제 97-32473호 전기분해용 흑연전극을 이용하면 된다.

한편, 제 1, 2, 3 도는 본 발명의 단면 구성도로, 나이론 수지나 합성수지와 같은 절연재로 상부가 개방된 케이스(2)를 구성하여 절연덮개(4)로 덮을 수 있도록 하고, 케이스(2)의 내부에 다공성 세라믹 격막(6)을 수직으로 설치하여 양극전해조(8)와 음극전해조(10)를 분리 구성하고, 양극전해조(8)의 중앙부에는 내화학성과 내마모도 및 전기전도도가 우수한 재질, 이를테면 탄소와 같은 재질로 판형상이나 제 4 도와 같은 복수개의 봉형상 또는 복수개의 관형상으로 양전극(12)을 설치하고, 음극전해조(10)의 중앙부에는 양전극(12)과 같은 재질의 탄소나 스텐레스 316과 같은 재질로 판형상이나 제 4 도와 같은 복수개의 봉형상 또는 복수개의 관형상으로 음전극(14)을 설치한다.

한편, 두 전극(12)(14)에는 직류 전해전원(16)을 접속하여 전해가 이루어지도록 하고, 전해조(8)(10)의 일측에 밸브(18)를 갖는 급수관(10)과 급수구(22)를 설치하여 소금물(24)을 공급할 수 있도록 하고, 양극전해조(8)의 일측에 출수구(26)와 밸브(28)를 갖는 출수관(30)을 설치하여 전해에 의해 생성되는 강산성수를 적당량 배출할 수 있도록 하고, 음극전해조(10)의 일측에도 출수구(32)와 밸브(34)를 갖는 출수관(36)을 설치하여 전해에 의해 생성되는 강알칼리수를 배출할 수 있게 하여 제 3 도와 같은 단위 전해셀(가)을 구성한다.

또한, 많은 량의 강알칼리수와 강산성수를 얻고자 할 경우에는 제 1 도와 같이 절연 분리막(38)을 이용하여 복수개의 전해셀(가)을 연결 구성하고, 급수관(20)과, 전해전원(16)과 강산성수 출수구(26)와, 강알칼리수 출수구(32)를 병렬로 연결하면 될 것이다.

본 발명에서 급수관(20)과 출수관(30)(36)을 제 2 도와 같이 바닥판(60)의 바깥 하부에 설치하면 양측 받침대(52)에 의해 바깥으로 노출되지 아니하므로 미관상 바람직하다.

본 발명에서 전극(12)(14)의 상부에 도전성 걸림간(40)을 피스(42)로 고정하여 케이스(2)의 걸림홈(44)에 걸어 설치하거나, 또는 전해조(8)(10)의 바닥판에 제 2 도와 같은 지지블록(46)을 설치한 다음 양전극(12)과 음전극(14)을 끼워 설치할 수도 있을 것이다.

또한, 다공성 세라믹 격막(6)의 가장자리 부분에 빙둘러 가면서 패킹(48)을 덮어 씌운 다음 전해조(8)(10) 사이의 양측벽과 바닥판에 형성한 삽입홈(5)에 끼워 수밀이 유지되게 하고, 전해액은 다공성 세라믹 격막(6)의 다공 사이를 통하여 이동 및 전해되게 한다.

미설명 부호 (54)는 손잡이, (56)은 돌출부, (58)은 고정공이며, 본 발명에 사용되는 다공성 세라믹 격막(6)의 제조방법은 실험 1과 같다.

[실험 1 : 다공성 세라믹 격막(6)의 제조]

고령토(Kaolin), 활석(steatite)와 탄산칼슘(CaCO₃)을 각각 5%를 포함하고 있는 85%의 알루미나(Al₂O₃) 분체입도(particle size)가 2㎛인 것을 분무건조한 낱알입도(granral size)는 60~70메쉬(mesh)였다. 90%의 고령토(kaolin), 5%의 알루미나(Al₂O₃)와 5%의 산화마그네슘(MgO)을 포함하고 있는 도토(porcelaim)의 분체입도 3㎛인 것을 분무 건조시킨 낱알입도는 30~40메쉬였다. 그리고 분체입도가 2㎛인 실리카(SiO₂)를 분무 건조하였더니 낱알입도는 40~60메쉬였다.

이와 같은 조성과 낱알입도의 분포를 가진 알루미나, 포스레인 및 실리카의 그래뉴얼(granular) 무게비를 30 : 40 : 30로 평량한 1kg을 50wt%의 소금물(NaCl(aq))에 담근 다음 V자형 분체 믹서기에 넣고 3시간 동안 잘 섞어서 15cmW × 20cmL × 0.8cmT의 성형부피를 가진 석고 성형기에 넣고 2시간 동안 방치한 후 뚜껑을 열고 그늘에서 1시간 건조시킨 후 분리하여 습기가 완전히 없어질 때까지 건조시켰다. 이것을 전기로에 넣고 1시간 동안 서서히 온도를 증가시켜 1,400℃에서 3시간 동안 소결시킨 다음 상온으로 서냉시켜 두께가 비교적 얇은 다공성 세라믹 격막(6)을 제작하였다.

이렇게 만든 다공성 세라믹 격막(6)의 한쪽 면에 증류수 5㎖를 떨어뜨렸더니 10초 후 뒷면으로 완전히 배어나왔다. 이것은 실험 1에서 알루미나, 포스레인 및 실리카 그래뉴얼을 섞은 소금물 수용액을 사용해서 건조시에 수화된 나트륨이온과 염소이온이 일정한 크기의 기공을 만들고 이들 수분이 증발할 때에도 기공을 만들었고 소결시 이들 기공의 대부분이 그대로 유지되었다고 생각할 수 있으며 이것이 본 실험의 핵심 아이디어이다.

[실험 2 : 전해장치를 이용한 강산성수와 강알칼리수 획득]

실험 1에서 제작한 다공성 세라믹 격막(6)의 한쪽에는 양전극(anode : 12)으로 탄소전극을 설치하고, 음전극(cathode : 14)으로 스텐레스 316을 설치하였으며, 이렇게 만든 전해셀(가)의 양극전해조(anode room : 8)와 음극전해조(cathode room : 10)에 급수관(20)을 통하여 3%의 소금물(24)을 각각 500㎖ 넣고 7V의 직류 전해전원(16)을 인가하여 3분간씩 15분간 전기분해하면서 측정한 pH 변화는 아래표 1과 같다.

[표 1]

소금물의 전해시간에 따른 pH 변화표

표 1에서 보는 바와 같이 양극수는 불과 15분만에 pH = 2.8 인 강산성 용액으로 변하였다. 이때 탄소로 된 양전극(12) 표면 가장자리의 전해액이 연한 황록색을 띄었다. 이와 같은 사실로부터 다음 식(1)과 같은 염소이온(Cl^-)의 산화반응을 생각할 수 있다.

2Cl^-- 2e^-→ Cl₂(g) ------------------------- (1)

또한, 염소이온은 염화나트륨 수용액 중에 녹아있는 산소와 결합하여 차아 연소산 이온(ClO^-), 아 염소산 이온(ClO₂ ^-), 염소산 이온(ClO₃ ^-)과, 과 염소산 이온(ClO₄ ^-) 들을 생성하므로 이들 이온의 양극 산화로부터 반응성이 강한 고에너지의 산소이온 종(예, O^-, O₂ ^-, O₃ ^-, O₄ ^-)들이 생성되므로 살균, 소독 작용이 특히 뛰어나다고 생각할 수 있다. 그리고 음전극(14)에서는 나트륨 이온(Na⁺)의 환원반응이 일어난다.

2Na⁺+ 2e^-→ 2Na ---------------------------- (2)

2Na + 2H₂O → 2NaOH + H₂(g) ------------------- (3)

상기 반응식(2)에서 생성된 나트륨(Na)은 산화전위가 큰 금속이므로 물과 반응하여 식(3)과 같이 수소가스(H₂(g))를 발생시킨다. 따라서 양극전해조(8)에 생성된 양극수는 미끈미끈한 강알카리수이므로 세척수로 이용할 수 있다.

[실험 3 : 대장균 살균 시험]

현미경으로 관찰하여 대장균이 대량 함유된 축산폐수 100㎖를 홀피펫(hall pipette)으로 채취하여 삼각 플라스크에 넣고 여기에 실험 2에서 소금물(24)을 전기분해하여 얻은 양극전해조(8)의 강산성수 0.5㎖를 적가한 후 흔들어 확산시킨 후 1분 후에 현미경으로 관찰하였더니 대장균은 완전히 사멸되었다. 이 실험으로부터 강산성수의 살균 소독 능력이 뛰어남을 확인할 수 있었다.

이상에서와 같이 본 발명은 전해조내에 다공성 세라믹 격막(격판)을 설치하고, 다공성 세라믹 격막의 한쪽에는 양전극(anode)을 설치하고, 다른 한쪽에는 음전극(cathode)을 설치하고, 전해조에 일정 농도의 소금물을 공급한 다음 양전극과 음전극으로 직류전력을 인가하면 양극 전해조에는 강산성수가 생성되고, 음극 전해조에는 강알카리수가 생성되며, 이렇게 얻은 강산성수는 식중독균과 대장균을 순식간에 살균시키며 특히 강력한 식중독 병원균인 O-157 균은 물론 병원에서 감염되기 쉬운 MRSA 균도 단 몇 분이면 전멸시키는 일반소독제보다 10배나 강력한 소독수이다. 강알카리수는 우수한 세척수로 사용할 수 있는 등의 효과가 있는 매우 유용한 발명이다.

Claims

전해조 내에 다공성 세라믹 격막을 설치하여 양극전해조와 음극전해조를 분리 구성한 다음 양극전해조에 카본 양전극을 설치하고, 음극전해조에 스텐레스 음전극을 설치하거나, 또는 양전극과 음전극 모두 카본전극으로 설치하여 소금물이나 염화칼륨 수용액과 같은 여러 가지의 금속염화물 수용액을 전기분해하여 강산성수와 강알카리수를 분리 생성시켜 살균 소독수와 세척수를 얻도록 하는 강산성 소독수 제조용 소금물 전해방법.
제 1 항에 있어서, 다공성 세라믹 격막은 여러 종류의 세라믹 분말과 그래뉴얼을 소금물이나 금속염화물의 수용액으로 섞어서 성형 건조한 다음 소결하여 제작하도록 한 강산성 소독수 제조용 소금물 전해방법.
제 2 항에 있어서, 알루미나, 포스레인 및 실리카의 그래뉴얼(granular) 무게비를 30 : 40 : 30로 평량한 1kg을 50wt%의 소금물(NaCl(aq))에 담근 다음 V자형 분체 믹서기에 넣고 3시간 동안 잘 섞어서 15cmW × 20cmL × 0.8cmT의 성형부피를 가진 석고 성형기에 넣고 2시간 동안 방치한 후 뚜껑을 열고 그늘에서 1시간 건조시킨 후 분리하여 습기가 완전히 없어질 때까지 건조시켰다. 이것을 전기로에 넣고 1시간 동안 서서히 온도를 증가시켜 1,400℃에서 3시간 동안 소결시킨 다음 상온으로 서냉시켜 두께가 비교적 얇은 다공성 세라믹 격막의 제조방법.
제 3 항에 있어서, 알루미나(Al₂O₃)는 85%의 알루미나와, 5%의 고령토(Kaolin)와, 5%의 활석(steatite)과, 5%의 탄산칼슘(CaCO₃)을 각각 혼합하여 분체입도(particle size)가 2㎛이고 분무건조한 낱알입도(granral size)를 60~70메쉬(mesh)로 하고 ; 포스레인(porcelaim)은 90%의 고령토(kaolin)와, 5%의 알루미나(Al₂O₃)와, 5%의 산화마그네슘(MgO)을 혼합하여 분체입도가 3㎛이고 분무 건조시킨 낱알입도를 30~40메쉬로 하고 ; 실리카(SiO₂)는 분체입도가 2㎛이고 낱알입도가 40~60메쉬로 하도록 함을 특징으로 하는 다공성 세라믹 격막의 제조방법.
상부가 개방된 절연 케이스(2)의 상부에 절연덮개(4)를 덮고, 케이스(2)의 내부에 다공성 세라믹 격막(6)을 수직으로 설치하여 양극전해조(8)와 음극전해조(10)를 분리 구성하고, 양극전해조(8)의 중앙부에 탄소재질의 양전극(12)을 설치하고, 음극전해조(10)의 중앙부에 양전극(12)과 같은 탄소재질이나 스텐레스와 같은 재질의 음전극(14)을 설치한 다음, 두 전극(12)(14)으로 직류 전해전원(16)을 접속하고, 전해조(8)(10)의 일측에 밸브(18)를 갖는 급수관(10)을 설치하여 소금물(24)을 공급할 수 있도록 하고, 양극전해조(8)의 일측에 밸브(28)를 갖는 출수관(30)을 설치하여 전해에 의해 생성되는 강산성수를 적당량 배출할 수 있도록 하고, 음극전해조(10)의 일측에도 밸브(34)를 갖는 출수관(36)을 설치하여 전해에 의해 생성되는 강알칼리수를 배출할 수 있게 한 강산성 소독수 제조용 소금물 전해장치.
제 5 항에 있어서, 절연 분리막(38)을 이용하여 복수개의 전해셀(가)을 연결하고, 급수관(20)과, 전해전원(16)과 강산성수 출수구(26)와, 강알칼리수 출수구(32)를 병렬로 연결하여 많은 량의 강알칼리수와 강산성 소독수를 얻을 수 있도록 한 강산성 소독수 제조용 소금물 전해장치.