KR20020096044A - 고도로 전환된 이산화염소 용액을 생성하기 위한 괴상체 - Google Patents

고도로 전환된 이산화염소 용액을 생성하기 위한 괴상체 Download PDF

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Abstract

고도로 전환된 이산화염소의 용액을 신속하고 안전하게 제조하기 위한 괴상체가 개시된다. 이들 괴상체는 물에 첨가될 경우, 분말 형태의 성분들의 당량이 물에 첨가될 때보다 더 많은 이산화염소를 생성한다. 괴상체를 물에 첨가함으로써 생성된 용액이 또한 개시된다.

Description

고도로 전환된 이산화염소 용액을 생성하기 위한 괴상체{Massive Bodies for Producing Highly Converted Solutions of Chlorine Dioxide}
용액 중의 유리 분자 이산화염소는 미생물 및 생물학적 막 석출물의 제어에 효과적인 물질이다. 그러나, 상기 유리 이산화염소 용액을 생성하기 위한 가장 일반적인 방법은 비싸고 복잡한 화학 발생기를 사용하는 것이다 (예를 들어, 미국 특허 제5,009,875호 참조).
영국 특허 제608,068호는 일반적으로 중성인 pH에서 아염소산염 음이온을 유리 이산화염소로 전환시키는 유기 산 무수물의 용도를 교시한다. 나트륨 아염소산염과 같은 강한 산화 화학물질을 유기 화학물질과 결합시킴으로써 야기되는 화재 및 폴발 위험 또한 잘 알려져 있다. 이 영국 특허의 조성물에 의해 생성된 낮은 전환비, 및 나트륨 아염소산염과 유기 화학물질을 결합하는 조성물에 고유한 위험의 결과로서, 이 영국 특허의 조성물은 거의 상업적 관심을 받지 못했다.
최근, 물에 침지될 때 유기 분자 이산화염소 용액을 생성하는, 분말화된 이산화염소 전구체 화학물질을 함유하는 막 타입 장치가 기재되었다 (WO 99/24356 참조). 이 막 장치가 이산화염소 용액을 생성하는 종래 방법에 비해 우수하긴 하지만, 상기 장치는 몇몇 단점을 가진다. 이것은 (막 및 조립체의 비용에 기인하여) 상대적으로 비싸고, 어떤 용도에 있어서 이산화염소 전달 속도가 너무 느릴 수 있다. 또한, 상기 장치는 (갇힌 공기 또는 이산화염소 기체에 기인하여) 물/용액의 표면 상에 부유할 수 있고, 일정 이산화염소의 기체 상으로의 손실을 야기할 수 있다. 마지막으로, 바람직한 막은 물에 불용성이고, 이산화염소 생성 반응이 완결된 후 이산화염소 용액으로부터 제거될 필요가 있을 수 있다. 이산화염소 용액으로부터 소비된 막의 제거는 때때로 불편한 것으로 고려될 수 있다.
종래 기술은 또한 물과 접촉시 이산화염소 기체를 생성하는 물질로 구성된, 정제 및 연탄과 같은 고체 압축물을 포함하여, 고체 혼합물로부터 이산화염소 용액을 생성하기 위한 시도를 기재하고 있다.
미국 특허 제2,071,094호는 물과 접촉시 무수 조성물이 용해되기 시작하면서 "탈취 반응"을 일으키는, 가용성 아염소산염 및 산성화제로 구성된, 연탄을 포함한 무수 고체 조성물을 개시하고 있다 (칼럼 1, 34-38행 및 칼럼2, 24-27행 참조). 이 특허에서는, 조성물이 물과 접촉하게 될 때 무엇이 생성되는지가 명확하지 않다. 이산화염소는 전혀 언급되어 있지 않고, "용액"이라는 말이 사용된 경우는 나트륨 아염소산염의 수용액을 언급할 때 뿐이다 (칼럼 1, 58행 참조). 따라서, 발명자가 상기 특허 발명의 연탄이 물과 접촉할 때 이산화염소의 수용액을 얻는 것을 의도했는지, 또는 과연 이것을 얻었는지가 확실하지 않다.
미국 특허 제5,324,447호는 특히, 액체 매질 중에 (콘택트) 렌즈 소독량의 이산화염소를 생성하기에 유효한 양으로 존재하는 이산화염소 전구체(예, 나트륨 아염소산염) 및 활성화제 성분(예, 유기 산 무수물)을 포함하는 정제를 기재하고 있다 (칼럼 3, 10 내지 16행 참조). 소독량이란 바람직하게는 10분 이하에서 일차로그 차수로 미생물의 존재량을 감소시키는 양으로 정의된다 (칼럼 4, 11 내지 15행 참조). 이 양은 심지어 2 ppm의 미량의 유리 이산화염소도 15분 동안 6 로그 박테리아 감소를 일으킬 만큼, 극미량의 유리 이산화염소를 나타낸다. 상기 특허에는 상기 특허발명의 정제가 물에 용해될 때 생성되는 이산화염소의 양이 개시되어 있지 않다. 따라서, 모든 실시예는 안정화된 이산화염소의 수용액을 사용하여 정제를 시험하고, 물을 사용하지 않는다.
미국 특허 제5,399,288호는 물에 용해된 직후에 이산화염소를 방출하는 고체 조성물을 개시하고 있다 (칼럼 1, 5 내지 7행 참조). 조성물은 4:1:3의 비로 존재하는 아염소산염, 산화 염소 방출제 및 양성자 공여체를 포함한다 (칼럼 1, 65 내지 67행 참조). 산화 염소 방출제가 조성물에서 생략될 경우, 얻어진 이산화염소의 최종 수율은 3일 후에 63%에 불과했다 (실시예 5 참조). 나아가, 중요하게도, 이 특허는 정제의 제조에 대해서는 기술하고 있지 않다 (칼럼 2, 19 내지 21행 참조). 따라서, 반응물질의 분말화된 혼합물만이 개시된 것으로 보인다.
미국 특허 제5,719,100호는 조성물이 나트륨 아염소산염(즉, 산 활성화제와 혼합되기 전에 나트륨 염소산염 상에 보호 반응 코트가 형성됨 (칼럼 4, 61 내지 63행 참조)과 산 활성화제 사이에 2 개의 활성 성분이 미리 "폭발적으로 반응"하지 않도록, 즉 안정한 조성물이 얻어지도록 반응 방지 장벽을 요구하는 (칼럼 4, 53행 참조), 나트륨 아염소산염 및 산 활성화제의 조성물을 포함하는 정제로부터 수용액 중의 이산화염소의 생성을 개시하고 있다 (칼럼 4, 46행 내지 칼럼 5, 9행 참조).
본 발명은 이산화염소 용액의 생성을 위한 괴상체 형태의 개선된 장치를 제공한다. 이 신규한 장치는 이산화염소의 용액을 고 수율로 생성하고, 상기 용액을 제조하기 위한 종래의 고체 조성물의 단점을 극복한다.
본 발명은 물에 침지될 때 이산화염소 용액을 신속하게 생성하는 괴상체를 제공한다. 본 발명은 또한 괴상체가 물에 침지될 때 얻어진 용액을 포함한다. 본원에서, 용어 "괴상체"는 성분들을 포함하는 입자의 크기가 괴상체의 크기보다 실질적으로 더 작은 입상 성분들의 혼합물을 포함하는, 고체 형태, 바람직하게는 다공성 고체 형태를 의미한다. 상기 괴상체는 타정, 단광법, 압출, 소결, 입화 등과 같이, 당업계에 공지된 다양한 수단에 의해 형성될 수 있다. 상기 괴상체를 형성하는 바람직한 방법은 타정으로도 알려져 있는 압축에 의한 것이다. 편의상, 이후 정제 및 타정은 임의의 방법에 의해 제조된 괴상체를 나타내는 것으로 이해되어야 헐 것이다.
정제는 알칼리 또는 알칼리 토금속 아염소산염, 바람직하게는 나트륨 아염소산염과 같은 아염소산염 음이온의 공급원, 및 하나 이상의 무수 고체 산 공급원으로 구성된다. 상기 무수 고체 산 공급원의 예는 황산수소나트륨, 황산수소칼륨, 인산이수소나트륨 및 인산이수소칼륨과 같은 무기산 염; 염화알루미늄, 질산알루미늄, 질산세륨 및 황화철과 같은, 강산의 음이온 및 약염기의 양이온을 포함하는 염; 분자체 ETS-10의 산 이온 교환 형태 (미국 특허 제4,853,202호 참조) 및 염화나트륨의 혼합물과 같이, 물과 접촉시 용액으로 양성자를 방출할 수 있는 고체 산; 시트르산 및 타르타르산과 같은 유기산; 및 이들의 혼합물을 포함한다. 바람직하게는, 고체 산 공급원은 고체 무기산 공급원이고, 가장 바람직하게는 황산수소나트륨이다. 놀랍게도, 본 발명의 정제를 사용하여 아염소산염의 이산화염소로의 매우 높은 전환비가 얻어진다. 따라서, 분말화된 형태의 정제 성분들의 당량을 대응하는 정제와 동일한 부피의 물에 첨가할 경우, 분말보다 정제에 의해 훨씬 더 많은 양의 이산화염소가 생성된다. 교반 속도 및(또는) 물 온도의 합리적인 변화는 이 놀라운 현상에 미미하거나 어떠한 영향도 미치지 않는다. 따라서, 본 발명의 정제는 고도로 전환된 유리 분자 이산화염소 용액을 신속하게 생성하는 것으로 관찰되었으며, 전환비(아염소산염 음이온 대 이산화염소)가 0.25를 넘는다는 것을 의미한다. 본원에서, 용어 전환비는 생성물 용액 중의 유리 이산화염소 농도 대 생성물 용액 중의 유리 이산화염소 및 미반응 아염소산염 이온 농도의 합의 계산 비를 의미한다. 나아가, 이산화염소 용액은 안전하고 조절된 방식으로 신속하게 생성된다. 또한, 생성된 이산화염소 농도가 통상의 수도물 중의 통상의 사용 수준(0.5 내지 200 중량 ppm)에 있을 때, 용액은 실질적으로 유리 염소 또는 하이포아염소산염 음이온을 함유하지 않을 것이며, 일반적으로 중성 pH (즉, pH 5 내지 9)를 가질 것이다. 신속하게 생성된다는 것은 총 이산화염소 생성이 약 8 시간 미만, 바람직하게는 약 2 시간 미만, 가장 바람직하게는 약 1시간 미만 후에 얻어지는 것을 의미한다.
바람직한 경우, 본 발명의 정제는 예를 들어 타정 공정을 보조하고, 생성된 정제의 물리적 또는 미학적 특징을 개선하고, 정제의 가용화 및(또는) 얻어진 이산화염소의 수율을 보조하는데 유용할 수 있는 임의의 부가의 성분을 함유할 수 있다. 상기 성분은 애터펄자이트 점토 및 염화나트륨과 같은 충전제; 타정 및 정제 다이 윤활제; 안정화제; 염료; 항고화제; 염화칼슘 및 염화마그네슘과 같은 건조 충전제; 팽윤성 무기 점토(예, 서던 클레이 프로덕츠, 인크(Southern Clay Products, Inc.)로부터 입수가능한 라포나이트 (Laponite) 점토)와 같은 공극 형성제; 이염화시아누르산 및 나트륨염(NaDCC)과 같은 그의 염과 같은 염소 생성제; 및 조성물 중의 하나 이상의 다른 구성 성분과 반응하여 이산화염소 형성 반응이 진행될 수 있는 저 용해성 다공성 골격 구조를 생성할 수 있는 공격 형성제를 포함하나, 이에 제한되는 것은 아니다. 탄산수소나트륨과 같은 발포제가 소량으로 포함될 수 있으나, 이들은 정제의 파괴 및 용해를 가속화함으로써 아염소산염 음이온의 이산화염소로의 전환을 감소시킬 수 있다.
일반적으로, 본 발명의 정제는 다음과 같은 이유로 종래 막 장치(예, WO 99/24356 참조)보다 우수하다:
정제는 상업적으로 입수가능한 장치 상에서 고속으로 제조될 수 있고, 기능을 하기 위해 막 엔클로저의 비용 부담을 요구하지 않으므로, 일반적으로 막 장치보다 덜 비싸다.
정제는 이산화염소의 용액으로의 탈출을 제한하는 막을 가지지 않으므로, 일반적으로 막 장치보다 고속으로 이산화염소를 생성한다.
막 장치는 이들이 물에 첨가될 때 자주 부유하지만, 본 발명의 정제는 물에 가라앉아 이산화염소의 기체 상으로의 손실을 적게 한다.
한 바람직한 태양에서, 본 발명의 정제는 물에 완전히 가용성이어서, 생성물이산화염소 용액으로부터 잔류물을 제거할 필요성을 회피한다.
어떤 이론에 의해 한정되기를 바라는 것은 아니지만, 본원 발명자들은 본 발명의 정제를 사용함으로써 얻어지는 이산화염소의 증진된 수율이 다음의 방식으로 설명될 수 있다고 믿는다. 정제 장치는 물이 정제 내부의 공극으로 유입될 때 기능하고, 공극 내에 아염소산염 음이온의 농축되고 산성인 용액을 생성한다. 산 및 아염소산염(및 존재할 수 있는 임의의 성분들)은 정제의 공극에서 상기 농축된 조건 하에 반응하여 정제로부터 벌크 용액으로 확산하는 이산화염소를 신속하게 생성한다.
정제가 적절하게 기능하기 위해서는, 화학 반응이 공극 구조 내의 농축된 용액에서 일어나는 것이 중요하다고 믿어진다. 분말 형태의 동등한 정제 성분들이 수성 매질 중에 신속하게 용해될 때 이산화염소가 거의 또는 전혀 형성되지 않는다.
본 발명은 2 개의 일반적인 유형의 정제 장치를 포함한다. 한 유형의 장치는 물에 완전히 가용성인 정제를 포함하고, 상기 정제의 바람직한 조성물은 무수 분말화된 공업용 나트륨 아염소산염 및 무수 분말화된 산 공급원, 바람직하게는 황산수소나트륨을 포함한다. 염화마그네슘 및 NaDCCA와 같은 부가의 무수 분말화된 성분들이 임의로 첨가되어 이산화염소의 수율 및 생성 속도를 더 개선할 수 있다. 무수 분말화된 성분들은 혼합되고, 생성된 분말화된 혼합물은 정제 다이에서 실질적으로 온전한 정제를 생성하기에 충분한 압력, 일반적으로 약 1000 내지 10,000lb/in2으로 압축된다. 생성된 정제는 물(액체 또는 증기)에 대한 노출로부터 보호되는 한 저장되는 동안 안정하다. 정제는 물에 침지될 경우 고도로 전환된 이산화염소 용액을 신속하게 생성한다.
두 번째 유형의 장치는 물에 고속으로 완전히 가용성이지 않은 정제를 포함한다. 이들은 다공성 골격의 용해 전에 이산화염소 형성 반응이 실질적인 완결에 이를 수 있는, 저 용해성 또는 서서히 용해하는 다공성 골격 구조를 가지도록(또는 생성하도록) 설계된다. 일반적으로, 이 두 번째 유형의 정제는 상기 기술된 완전히 가용성인 정제에 비하여, 더 많은 양의 아염소산염 음이온 전구체 화학물질을 이산화염소로 전환시킨다.
이 두 번째 유형의 정제 장치에 바람직한 조성물은 무수 분말화된 공업용 나트륨 아염소산염, 무수 분말화된 황산수소나트륨 및 무수 분말화된 염화칼슘을 포함한다. 라포나이트 점토와 같은 무수 분말화된 점토 및 무수 분말화된 NaDCCA가 임의로 첨가되어, 이산화염소의 수율 및 생성 속도를 더 개선할 수 있다. 첫 번째 유형의 정제에서와 같이, 무수 분말화된 성분들은 혼합되고, 생성된 분말화된 혼합물은 정제 다이에서 실질적으로 온전한 정제를 생성하기에 충분한 압력, 일반적으로 약 1000 내지 10,000 lb/in2으로 압축된다. 생성된 정제는 물(액체 또는 증기)에 대한 노출로부터 보호되는 한 저장되는 동안 안정하다. 정제는 물에 침지될 경우 고도로 전환된 이산화염소 용액을 신속하게 생성한다.
이 두 번째 유형의 정제는 일반적으로 첫 번째 유형의 정제와 비교하여, 아염소산염 음이온의 이산화염소로의 더 효율적인 전환을 제공한다. 이것은 저 용해성 다공성 골격이 반응물질들이 실질적으로 소모될 때까지 이산화염소 형성 반응이 진행되도록 우호적인 환경을 제공하기 때문인 것으로 믿어진다.
두 번째 유형의 정제 장치에서 이산화염소 형성은 실질적으로 저 용해성(또는 서서히 용해하는) 다공성 골격의 공극의 우호적인 환경 내에서 일어나는 것으로 믿어진다. 이 골격의 우호적인 공극 구조가 이 반응 기간 중에 실질적으로 온전하게 유지되는 것으로 보이므로, 실질적으로 모든 아염소산 음이온이 공극 내의 우호적인 조건 하에서 반응하여 이산화염소를 형성할 기회를 갖는다. 이것은 아염소산염의 이산화염소로의 전환을 최대화한다. 반대로, 첫 번째 유형의 장치는 이산화염소를 생성함과 동시에 벌크 용액에 용해될 것이다. 반응 물질들은 농축된 조건(예를 들어, 정제의 공극 내에 존재하는 것) 하에서 실질적으로 유용한 속도로 반응하는 것에 불과할 것으로 믿어지므로, 이산화염소로 전환되기 전에 벌크 용액에 용해하는 아염소산염의 분율은 실질적으로 아염소산염으로 잔류하고, 벌크 용액의 일반적으로 묽은 조건 하에서 이산화염소로 전환되지 않을 것이다.
두 번째 유형의 정제 장치의 바람직한 조성물의 저 용해성 다공성 골격은 황산칼슘과 같은 저 용해성 염을 포함하고, 라포나이트 점토와 같은 점토를 부가적으로 포함할 수 있다. 황산칼슘은 바람직하게는, 예를 들어 염화칼슘 성분으로부터의 칼슘 양이온 및 황산수소나트륨 성분으로부터 유래된 황산염 음이온 사이의 반응으로부터 형성된다. 질산칼슘과 같은 칼슘 양이온의 다른 공급원 및 황산마그네슘과 같은 황산염 음이온의 다른 공급원도 사용될 수 있다. 바람직한 점토인 라포나이트 점토는 공급시 불용성이고, 이 팽윤성 점토가 팽윤하면서 틈 및 공동을 형성함으로써 다공성 골격의 공극 구조를 증진시키는 것으로 믿어진다. 본원 발명자들은 황산칼슘 골격을 화학 반응을 거쳐 제자리 형성시키는 것이 특히 유리하고, 이러한 정제로부터 이산화염소의 수율이 황산칼슘이 최초 분말 조성물의 구성 성분인 정제와 비교하여, 상당히 더 우수하다(공칭상 25% 더 우수함)는 것을 발견하였다. 황산칼슘 이외에 점토의 존재는 점토가 없이 황산칼슘을 사용하는 것에 비해 적은 향상을 제공한다.
저 용해성 또는 서서히 용해하는 다공성 골격이란 이산화염소 생성 중에 생성물 용액 중에 실질적으로 용해되지 않은 채로 남아있는 다공성 고체 구조를 의미한다. 다공성 골격이 이산화염소를 형성하기 위한 반응 중에 전부 다 온전하게 남아있을 필요는 없다. 본 발명의 한 태양은 정제가 이산화염소를 용액으로 방출하는 실질적으로 불용성인 (또는 서서히 용해하는) 과립으로 붕해하는 두 번째 유형의 정제를 포함한다. 이것은 과립의 크기가 과립의 공극 내의 공극의 크기에 비해 여전히 커서, 골격의 과립으로의 파괴에도 불구하고 필요한 농축된 반응 조건이 공극 내에 존재하기 때문에 허용가능한 것으로 믿어진다.
2 개의 유형의 정제 장치에서, 정제 성분들 사이의 조숙한 화학 반응을 최소화하기 위해 분말화된 성분들이 혼합 및 타정 전에 무수인 것이 바람직하다. 본원에서, 무수라는 것은 각 성분이 일반적으로 약 1% 미만의 H2O를 함유하는 것을 의미한다.
본 발명의 정제를 제조하고 시험하기 위한 일반적인 방법
정제 형성:
정제 조성물 중의 개별적인 화학 성분들을 사용 전에 건조시킨다. 각 성분의 바람직한 양을 조심스럽게 플라스틱 바이알에 칭량한다. 하기 실시예에서, 조성물은 중량% 기준으로 제시된다. 정제 조성물의 모든 성분들을 함유하는 바이알을 진탕하여 성분들을 완전히 혼합한다. 바이알의 내용물을 적당한 크기의 다이(예를 들어, 1 g 정제의 경우 13 mm 직경)에 비운다. 다이에 플런저를 설치하고, 유압식 실험실 프레스를 사용하여 내용물을 펠렛으로 압축시킨다. 달리 지적되지 않는 한, 프레스 게이지 상에서 판독되는 최대 힘은 2000 파운드였다. 이 정제 펀치 상의 압력은 플런저 면의 면적(in2)이 알려진 경우 (일반적으로, 1 g 정제의 경우 0.206 in2) 파운드/in2으로 전환될 수 있다. 생성된 정제를 다이로부터 회수하고, 사용 시까지 (일반적으로 10분 이내) 폐쇄된 플라스틱 바이알에 두었다.
정제 성능:
정제를 알려진 양의 수도물로 충전된 부피 플라스크 또는 용기에 두었다. 이산화염소 생성은 거품 및 황색의 출현에 의해 증명되는 바와 같이 즉시 개시된다. 정제를 완결될 때까지 반응시킨다. 반응의 완결은 부분적으로 정제 유형 및 크기에 의존한다. 일반적으로, 반응 시간은 1 g 정제가 부분적으로 불용성일 경우 2 시간 이하이고, 1 g 정제가 완전히 가용성일 경우 0.5 시간이다. 반응이 완결될 때, 내용물을 혼합하기 위해 플라스크/용기를 진탕하거나 교반한다. 이어서, 내용물을 분석한다. 일반적으로, 이산화염소는 4 파장을 사용하여, uv-비스 분광광도계로 측정한다 (평균값을 보고한다). 아염소산염 및 염소는 교과서[Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater, 19판 (1995), 4-57 및 4-58면]의 것과 동등한 방법을 사용하여 일반적으로 이산화염소 용액 25 ml의 적가에 의해 측정한다. 상기 교과서는 American Public Health Association, The American Water Works Association 및 Water Environment Federation에 의해 공동으로 출판되었다. 출판소는 미국 20005 워싱톤 디씨 소재의, American Public Health Association이다. 총 산화제는 큰 백금 전극(브링크만 부품 번호 6.0415.100)이 장착된, 브링크만 자동적가 시스템 (Brinkmann Autotitration System), 716 DMS 티트리노(Titrino)를 사용하여 적가에 의해 측정한다. 이 방법은 요다이드의 요드로의 산화 및 요드의 적정시약인 티오황산나트륨과의 후속적인 반응에 기초한, 산성 매질 중의 요드적정법이다. 전형적인 공정은 다음과 같다. 이산화염소 용액 100 ml 및 교반 막대를 비이커에 놓고, 요오드화칼륨 (Reagent Crsytals) 2 g 및 1N 황산 용액 (Mallinckrodt) 10 ml를 교반하면서 첨가하였다. 생성된 용액을 0.1N 티오황산염 용액(Aldrich Chemical Co.)으로 적정한다. 종말점은 브링크만 티트리노 소프트웨어에 의해 자동적으로 측정된다. 이 종말점을 사용하여 샘플 중의 총 산화제의 농도를 계산한다. 원래 이산화염소 용액의 pH는 "자체의" 용액 및(또는) 이산화염소의 농도가 약 10 ppm이 되도록 충분한 물로 희석된 용액 상에서 pH 전극을 사용하여 측정한다.
결과:
하기 실시예에서는, 달리 특정되지 않는 한 상기 과정을 따른다. 조성물은 무수 상태를 기초로 한 각 성분의 중량%로서 제시된다. 공업용 나트륨 아염소산염을 사용하였다. 일반적으로, 공업용 나트륨 아염소산염의 실제 나트륨 아염소산염 함량은 약 80%이고, 나머지는 대략 염화나트륨 (8.5%), 탄산나트륨 (6.1%) 및 황산나트륨(4.5%)이다. 수율은 2 개를 기초로 계산된다. 첫 째는 총 중량을 기준으로 한 이산화염소의 중량% 수율, 즉 중량% 수율 = 100 x (ClO2중량/정제 중량)이다. 두 번째는 나트륨 아염소산염을 기준으로 한 화학 수율이다. 이 경우에, 공업용 나트륨 아염소산염의 순도가 80%라는 점을 고려해야 한다. 따라서, 화학 % 수율 = 100 x (생성된 ClO2몰/정제 중의 NaClO2몰)이다. 나트륨 아염소산염의 이산화염소로의 산 반응의 화학양론은 수율을 80%로 제한한다.
전환비는 (이산화염소의 중량)/(이산화염소의 중량 + 아염소산염의 중량)으로 계산된다. 용액의 아염소산염의 함량이 결정되지 않았거나 알려져 있지 않은 경우, "최소 전환비"를 계산한다. 이 비는 ClO2중량/총 산화제 중량이다. 총 산화제는 일반적으로 전체가 이산화염소, 아염소산염 및 염소로 구성된다. 표로부터의 용액의 염소 함량은 일반적으로 낮아서, 이 최소 전환비는 전환비의 합당한 근사값이다.
실시예를 하기에 기술한다.
실시예 1
하기의 조성으로 1 g 정제 3개를 제조하였다:
나트륨 아염소산염38%
이염화이소시아누르산, 나트륨염9
황산수소나트륨35
염화칼슘18
정제를 3000 lb 압력으로 제조하였다. 각 정제를 2 시간 동안 수도물 3 L 중에 놓은 후, 하기의 결과를 얻었다.
A B C
ClO2ppm 47.5 46.9 47.0
총 산화제 ppm 58.7 58.0 53.2
pH 6.8 6.8 6.8
중량% 수율 14.3 14.1 14.1
화학 % 수율 63 62 62
전환비* 0.81 0.81 0.88
*최소비: ClO2ppm/총 산화제 ppm
실시예 2
하기의 조성으로 1 g 정제를 제조하였다:
나트륨 아염소산염37%
이염화이소시아누르산, 나트륨염15
황산수소나트륨30
염화칼슘18
정제를 2000 lb 압력으로 제조하였다. 각 정제를 2.5 시간 동안 수도물 3 L 중에 놓은 후, 하기의 결과를 얻었다.
ClO2ppm 49.8
총 산화제 ppm 69.7
pH 6.6
중량% 수율 14.9
화학 % 수율 68
전환비* 0.71
*최소비: ClO2ppm/총 산화제 ppm
실시예 3
하기의 조성으로 1 g 정제 2 개를 제조하였다:
나트륨 아염소산염7%
이염화이소시아누르산, 나트륨염1
황산수소나트륨12
염화칼슘48
염화나트륨16
황산나트륨16
정제를 2000 lb 압력으로 제조하였다. 각 정제를 1 시간 동안 수도물 0.5 L 중에 놓은 후, 하기의 결과를 얻었다.
A B
ClO2ppm 57.4 58.0
아염소산염 ppm 4.3 6.1
염소 ppm 2.2 2.2
pH (10 ppm) 6.76 6.77
중량% 수율 2.87 2.90
화학 % 수율 69 69
전환비 0.93 0.90
실시예 4
하기의 조성으로 1 g 정제 2 개를 제조하였다:
나트륨 아염소산염7%
이염화이소시아누르산, 나트륨염1
황산수소나트륨12
염화나트륨40
염화마그네슘40
정제를 2000 lb 압력으로 제조하였다. 각 정제를 0.5 시간 동안 수도물 0.5 L 중에 놓은 후, 하기의 결과를 얻었다.
A B
ClO2ppm 53.0 54.8
아염소산염 ppm 7.6 4.1
염소 ppm 0.1 1.2
pH (10 ppm) 7.41 7.36
중량% 수율 2.65 2.74
화학 % 수율 63 66
전환비 0.87 0.93
실시예 5
하기의 조성으로 1 g 정제 2 개를 제조하였다:
나트륨 아염소산염26%
이염화이소시아누르산, 나트륨염7
황산수소나트륨26
염화나트륨20
염화마그네슘21
정제를 2000 lb 압력으로 제조하였다. 각 정제를 0.25 시간 동안 수도물1.0 L 중에 놓은 후, 하기의 결과를 얻었다.
A B
ClO2ppm 104.2 105.1
총 산화제 ppm 115.3 109.7
pH 6.47 6.52
중량% 수율 10.42 10.51
화학 % 수율 67 68
전환비* 0.90 0.96
*최소비: ClO2ppm/총 산화제 ppm
실시예 6
하기의 조성으로 1 g 정제를 제조하였다:
나트륨 아염소산염34%
이염화이소시아누르산, 나트륨염8
황산수소나트륨26
염화나트륨16
염화마그네슘16
정제를 2000 lb 압력으로 제조하였다. 각 정제를 0.25 시간 동안 수도물 1.0 L 중에 놓은 후, 하기의 결과를 얻었다.
ClO2ppm 123.3
총 산화제 ppm 144.4
pH 6.47
중량% 수율 12.3
화학 % 수율 61
전환비* 0.85
*최소비: ClO2ppm/총 산화제 ppm
실시예 7
본 실시예는 분말과 대조적으로, 정제를 사용함으로써 이산화염소를 생성하는 효율을 나타낸다. 하기의 조성을 갖는 1 g 샘플 2 개를 제조하였다:
나트륨 아염소산염25%
이염화이소시아누르산 나트륨8
황산수소나트륨31
염화칼슘31
라포나이트5
하나의 샘플은 혼합된 분말로 두었다. 다른 샘플은 2000 파운드 압력을 사용하여 정제로 압축하였다. 각 샘플을 물 10 L 중에 두고, 회전 교반기를 사용하여 교반하였다. 1.5 시간 후, 정제로부터의 이산화염소의 수율이 동등한 분말보다 한 차수 더 높았다.
정제 분말
ClO2ppm 8.8 0.75
총 산화제 ppm 12.0 14.5
pH 7.20 7.18
중량% 수율 8.8 0.8
화학 % 수율 59 5
전환비* 0.73 0.05
*최소비: ClO2ppm/총 산화제 ppm
실시예 8
본 실시예는 황산칼슘을 정제 조성물에 첨가하는 것보다 정제에서 염화칼슘을 제자리 형성하는 것이 더 좋다는 것을 나타낸다.
하기 조성물을 6000 lb 압력을 사용하여 정제로 제조하였다. 정제를 수도물1.0 L 중에 놓았다. 3 시간 후, 생성된 용액을 분석하였다.
A B
나트륨 아염소산염 (T) (g) 0.30 0.30
나트륨 이염화이소시아누르산 (g) 0.10 0.10
황산수소나트륨 (g) 0.30 0.30
염화칼슘 (g) 0.25
황산칼슘 (g) 0.25
라포나이트 (g) 0.05 0.05
총 (g) 1.00 1.00
결과:
A B
ClO2ppm 124.0 96.0
총 산화제 ppm 133.0 120.3
pH 6.7 6.2
중량% 수율 12.4 9.6
화학 % 수율 69 54
전환비* 0.93 0.80
*최소비: ClO2ppm/총 산화제 ppm
실시예 9
6000 lb 압력을 사용하여 하기 조성물로부터 1 g 정제를 제조하였다:
공업용 나트륨 아염소산염0.167 g
황산수소나트륨0.500 g
염화나트륨0.330 g
정제를 수도물 1 L 중에 두고, 10분 후에 분석하였다 (모든 성분들은 가용성임).
결과:
ClO2ppm 40
총 산화제 ppm 48.6
pH 3.6
중량% 수율 4
화학 % 수율 40
전환비* 82
*최소비: ClO2ppm/총 산화제 ppm
실시예 10
하기에 나타낸 바와 같은 단일 조성물로부터 다른 크기의 정제 3개를 제조하였다. 정제를 이산화염소의 최종 농도가 100 내지 200 ppm이 되도록 충분한 수도물 중에 두었다. 더 큰 정제는 이산화염소를 방출하는데 더 많은 시간을 요하므로, 반응 시간을 조절하여 (나타낸 바와 같음) 반응이 완결되었을 때 샘플링이 일어나도록 하였다. 정제의 높이/직경 비가 실질적으로 동등하고, 정제를 압축하는데 사용된 압력이 힘/단위 단면적에 기초하여 대략 동일하도록, 여러 개의 다이를 사용하여 정제를 압축하였다.
A B C
NaClO2(T) (g) 0.38 4.22 34.2
Na 이염화이소시아누르산 (g) 0.09 1.00 8.10
황산수소나트륨 (g) 0.35 3.89 31.5
염화칼슘 (g) 0.18 2.00 16.2
총 (g) 1.00 11.11 90.0
정제 압력 (lb.) 2000 6000 20000
부피 (L) 1 10 120
반응 시간 (h) 1.0 2.0 7.0
결과를 하기에 나타낸다:
A B C
ClO2ppm 139.8 161.9 103.2
총 산화제 ppm 159.0 169.1
아염소산염 ppm 15.93
염소 ppm 5.34
pH (10 ppm) 6.7 7.1 7.3
중량% 수율 14.0 14.6 13.8
화학 % 수율 62 64 61
전환비 88* 96* 87
*최소비: ClO2ppm/총 산화제 ppm
실시예 11
하기에 나타낸 바와 같은 단일 조성물로부터 다른 크기의 정제 3개를 제조하였다. 정제를 이산화염소의 최종 농도가 100 내지 200 ppm이 되도록 충분한 수도물 중에 두었다. 더 큰 정제는 이산화염소를 방출하는데 더 많은 시간을 요하므로, 반응 시간을 조절하였다 (나타낸 바와 같음). 반응이 완결되었을 때, 즉, 정제가 용해된 후에 샘플링 하였다. 정제의 높이/직경 비가 실질적으로 동등하고, 정제를 압축하는데 사용된 압력이 힘/단위 단면적에 기초하여 대략 동일하도록, 여러 개의 다이를 사용하여 정제를 압축하였다.
A B C
NaClO2(T) (g) 0.26 2.886 23.14
Na 이염화이소시아누르산 (g) 0.07 0.777 6.23
황산수소나트륨 (g) 0.26 2.886 23.14
염화마그네슘 (g) 0.21 2.331 18.69
염화나트륨 (g) 0.20 2.220 17.80
총 (g) 1.00 11.10 89.00
압력 (lb.) 2000 6000 20000
부피 (L) 1 10 121.4
반응 시간 (h) 0.25 0.5 1.0
결과를 하기에 나타낸다:
A B C
ClO2ppm 97.9 111.1 64.7
총 산화제 ppm 120.6 132.8 86.5
pH 7.6 7.7 7.0
중량% 수율 9.8 10.0 8.8
화학 % 수율 63 65 57
전환비* 0.81 0.84 0.75
*최소비: ClO2ppm/총 산화제 ppm
실시예 12
다양한 고체를 정제 조성물에 첨가하여, 정제 중에 이들 불용성 고체를 함유함으로써 이익이 존재하는지를 결정하였다. 달리 지적되지 않는 한, 정제 압력은 6000 lb.였다. 반응 시간은 일반적으로 정제가 버블링(기체를 방출함)하는 동안으로 하였다. 정제의 일반적인 조성을 하기에 나타낸다:
나트륨 아염소산염 (T) (g) 0.1
염화나트륨 (g) 0.2
황산수소나트륨 (g) 0.3
첨가제 (g) 0.4
총 (g) 1.0
1 g 정제를 수도물 1 L 중에 두었다. 결과를 하기에 나타낸다:
첨가제 Na 라포나이트 H+ 라포나이트 ETS-10 실리카 겔
ClO2ppm 37.4 38.1 13.9 20.5
총 산화제 ppm 46.5 49.3 16.2 22.5
pH 6.7 6.4
반응 시간 0.25
중량% 수율 3.7 3.8 1.6 2.1
화학 % 수율 63 64 23 34
전환비* 0.80 0.77 0.86 0.91
*최소비: ClO2ppm/총 산화제 ppm
첨가제 LaY 비검 벤톤 애터겔 400
ClO2ppm 18.1 20.1 29.9 25.1
총 산화제 ppm 24.7 37.1 34.3 35.6
pH 6.3 6.3
반응 시간 1
중량% 수율 1.8 2.0 3.0 2.5
화학 % 수율 30 34 50 42
전환비* 0.73 0.54 0.87 0.70
*최소비: ClO2ppm/총 산화제 ppm
첨가제 몬모릴로나이트 벤토나이트
ClO2ppm 12.5 6.5
총 산화제 ppm 25.6 23.8
pH 6.1 5.9
반응 시간
중량% 수율 1.3 0.7
화학 % 수율 21 11
전환비* 0.49 0.27
*최소비: ClO2ppm/총 산화제 ppm

Claims (10)

  1. 금속 아염소산염 및 고체 산 공급원을 포함하고, 물에 첨가될 경우 이산화염소의 농도 대 이산화염소 및 아염소산염 음이온의 농도의 합의 비가 0.25를 초과하는 이산화염소의 용액을 생성하는 괴상체.
  2. 제1항에 있어서, 물에 가용성인 괴상체.
  3. 제1항에 있어서, 물에 완전히 용해하는 것이 아닌 괴상체.
  4. 제1항에 있어서, 금속 아염소산염이 나트륨 아염소산염인 괴상체.
  5. 제2항에 있어서, 나트륨 아염소산염 및 황산수소나트륨을 포함하는 괴상체.
  6. 제5항에 있어서, 염화마그네슘 및 이염화시아누르산의 나트륨염을 추가로 포함하는 괴상체.
  7. 제3항에 있어서, 나트륨 아염소산염, 황산수소나트륨 및 칼슘 양이온의 공급원을 포함하는 괴상체.
  8. 제7항에 있어서, 칼슘 양이온의 공급원이 염화칼슘인 괴상체.
  9. 제8항에 있어서, 팽윤성 무기 점토를 추가로 함유하는 괴상체.
  10. 제9항에 있어서, 점토가 라포나이트 (Laponite) 점토인 괴상체.
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