KR20030064368A

KR20030064368A - 산화제 합성방법 및 그의 응용

Info

Publication number: KR20030064368A
Application number: KR10-2003-7000595A
Authority: KR
Inventors: 리 에드워드 시암피; 그레고리 에프. 스미스; 버니 노블
Original assignee: 에이비 이니티오 엘씨
Priority date: 2000-07-14
Filing date: 2001-07-12
Publication date: 2003-07-31
Also published as: AU2005237097A1; CN1452594A; US6974562B2; PL398296A1; HK1054911A1; AU2005237097B2; DK1301436T3; CA2414940C; PL220099B1; CA2414940A1; WO2002006160A2; WO2002006160A3; AU8052901A; MXJL03000002A; ATE380161T1; CA2703708A1; JP4121368B2; US20020121482A1; EP1810951A3; CA2703708C

Abstract

철산염을 합성하기 위한 새로운 방법 및 장치 및 그의 이용을 설명하였다. 본 발명의 한 측면은 이용부위에 인접한 위치에서 철산염을 합성하는 것에 관한 것이며, 본 발명의 또 다른 측면은 철산염을 합성하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.

Description

산화제 합성방법 및 그의 응용{Methods of Synthesizing of an Oxidant and Applications Thereof}

철산염 이온, FeO₄ ^2-는 크롬산염(chromate), CrO₄ ^2-및 과망간산염(permanganate), MnO₄ ^2-를 가지는 이성구조(isostructural)로 알려진 입방대칭성(tetrahedral) 이온이다. 철산염 이온은 입방대칭성 종류인 FeO₄ ^2-로 수용성 매체에 존재한다고 알려져 있다. FeO₄ ^2-이온의 산화, 환원 전위는 산성 및 염기성 매체 모두에서 가능하다고 추정된다(참조: R.H. Wood, J. Am. Chem. Soc., Vol. 80, p. 2038-2041(1957)):

FeO₄ ^2-+ 8 H⁺+ 3 e^-------→ Fe³⁺+ 4 H₂O E^o=2.20V

FeO₄ ^2-+ 4 H₂O + 3 e^-------→ Fe³⁺+ 8 OH^-E^o=0.72V

철산염은 다양한 무기 또는 환원 약품(reducing agent) 및 기질과 반응할 수 있는 강한 산화제이다(참조: R. L. Bartzatt, J. Carr, Trans. Met. Chem., Vol. 2, pp. 279-282(1971); D. Darling, V. Kumari, and J. BeMiller, J. Tetr. Lett., Vol. 40, p.4143(1972); and R. K. Murmann and H. J. Goff, J. Am. Chem. Soc., Vol. 93, p. 6058-6065(1971)). 따라서, 철산염은 합성유기 연구를 위한 선택적인 산화제로서 이용할 수 있으며 수용성 및 비수용성 매체의 많은 오염물질을 파괴하고 다양한 유기 및 무기 화합물을 산화/제거하는 능력을 가진다.

더 적합한 환원제(reductant)가 없을 경우에, 철산염은 하기의 등식에 따라서 분자 산소 및 제 2철 이온을 형성하기 위해 물과 반응할 것이다(참조: J. Gump, W. Wagner, and E. Hart, Anal. Chem., Vol. 24., p. 1497-1498(1952)).

4 FeO₄ ^2-+ 10 H₂O -----→ 4 Fe³⁺+ 20 OH^-+ 3 O₂

이 반응은 용액의 철산염이 스스로 제거되는데 적합한 기작을 제공하기 때문에 물 처리가 특히 중요하다. 모든 산화반응에서, 최종 철 산물은 수산화물 올리고머(hydroxide oligomer)를 형성하는 비독성 제 2철 이온이다. 결과적으로, 현탁된 미립자 물질을 제거하는 응결(flocculation) 및 침전(settling)이 일어난다.

따라서, 철산염의 이용은 물, 폐수, 및 슬러지(sludge)처리를 위한 현행의접근방법에, 안전하고, 편리하며, 다목적으로 쓰이고 비용에 효율적인 대안을 제공할 수 있다. 이러한 이유로, 철산염은 환경 관련 특히, 크롬산염 및 염소와 같은 다른 산화제의 실용가능한 대체물로서 환경 친화적인 산화제이다. 일반적으로 녹이라고 알려져 있는 철산화물은 철산염에 의한 산화의 이온산물이다. 따라서, 철산염은 "환경적으로 안전한(environmentally safe)" 산화제로서 구별되는 특성을 가진다. 철산염의 산화반응은 MnO₄ ^-및 CrO₄ ^2-의 알려진 산화반응과 유사하지만, 철산염은 산화에서 높은 비율의 반응력을 가지는 높은 기능적 그룹 선택력을 나타내며 일반적으로 세제 반응산물을 생성하기 위해 반응한다.

철산염의 이용에 있어서의 숨겨진 하나의 문제점은 그것의 조제가 어렵다는 것이다. 이러한 어려움은 증가된 생성비용 때문일 것이다. 게다가, 비용에 추가적으로, 현행방법은 상업적으로 유용하며 효과적인 철산염 산물을 생성하기 위한 것으로알려져 있으며 이러한 방법의 결과로 만족스럽지 못한 결과를 가져왔다. 경제적으로 경쟁력이 있는 비용으로, 철산염 물질을 제공하기 위해서, 저렴하며 쉬운 신합성 조제 과정이 필요하다.

철산염 합성을 위해 알려진 세가지 접근법은 전기분해(electrolysis), 알칼리성 용해물에서의 Fe₂O₃의 산화, 강한 산화제를 가지고 농축된 알칼리성 용액에서 Fe(III)의 산화이다.

실험실에서, 강한 알칼리성(NaOH) 용액 철(Fe(III))의 차아염소산염 산화를 의미하는, 철산염 산물은 포화된 KOH를 가함으로써 침전시켰다(참조: G. Thompson,L. Ockerman, and J. Schreyer, J. Am. Chem. Soc., Vol. 73, pp. 1379-81(1951)).

2 Fe³⁺+ 3 OCl^-+ 10 OH^------→ 2 FeO₄ ^2-+ 3 Cl^-+ 5H₂O

이러한 보라색 고체 결과물은 건조될 때 오랫동안 안정하다.

일반적으로 철산염의 상업적 제조법은 실험실 조제법과 유사하며 또한 차아염소산염 반응과 관련이 있는 합성 방법을 이용한다. 가장 일반적으로는, Fe(III)의 알칼리성 산화의 이용해서, 칼륨 철산염(K₂FeO₄)는 차아염소산염 중간물과 관련이 있는 철 수산화물의 부식성 소다(caustic soda)에서 가스 염소산화를 경유해서 조제되었다. 철산염 제조의 또 다른 방법은 미국특허 제 5,746,994호에서 존슨(Johnson)이 설명하고 있다.

상기에서 기술된 방법을 이용한 철산염 제조에는 많은 어려움이 있다.

예를 들면, 철산염의 생산량 및 순수도을 최대화 하기 위해서는 시약의 순수도를 위한 다양한 요구가 필요하다. 그러나, 이러한 요구를 만족시킨다고 해도, 칼륨 철산염 산물의 순수도는 여전히 다르며, 반응시간, 온도, 시약의 순수도 및 분리 과정과 같은 다양한 요소에 따라 달라진다. 이런 방법으로 조제된 철산염은 일반적으로 알칼리 금속 수산화물 및 염소 및 제 2철 산화물의 주요한 오염물질을 가지는 불순물을 포함한다. 그러나, 이러한 순수도를 가지는 샘플은 불안정하고 빠르게 제 2철 산화물로 완전히 분해된다.

산물의 불순물 및 불안정성의 특별한 문제점 이외에도, 끈적한 밀도를 가지는 차가운 알칼리성 용액을 여과하는 것과 같은, 고체 철산염 산물의 분리와 관계되는 기술적인 문제점이 있다.

많이 알려지고 사용되고 있는 철산염의 조제를 위한 다른 방법들 대부분은 또한 차아염소산염과의 반응과 관련이 있다. 예를 들면, 미국특허 제 5,202,108호에서 데닝헐(Deiningher)은 불용의 산물 유출물은 추가의 철산염을 제조하기위해 철산염 반응기에서 재사용될 수 있는, 베타-제 2철 산화물 및 바람직하게 모노하이드레이트화한 베타-제 2철 산화물을 이용하여 안정하며 높은 순수도의 철산염(VI)을 생성하는 과정을 밝히고 있다.

미국특허 제 4,385,045호 및 제 4,551,326호에서 톰슨(Thompson)은 저렴하고, 신속하며, 유용한 원료물질로 부터, +4 또는 +6의 원자가를 가지는 산물의 철인, 알칼리 금속 또는 알칼리성 토금속 철산염을 직접 조제하기 위한 방법을 밝히고 있다. 이러한 방법은 산소가 없는 환경에서 알칼리 금속 산화물 또는 과산화물과 철 산화물의 반응 또는 산소가 없는 환경에서 알칼리 금속 과산화물과 원소 철의 반응에 의한 것과 관련이 있다.

미국특허 제 4,405,573호에서 데닝헐(Deininger) 등은 철산염 안정화 화합물의 존재하에서 칼륨 수산화물, 염소 및 제 2철 염과 반응해서 대량의(상업적 방법으로 도안된) 칼륨 철산염을 생성시키기 위한 과정을 밝히고 있다.

미국특허 제 4,500,499호에서 켁줘(Kaczur) 등은 회분식 및 연속 작동형태를 모두 이용해서 정제되지 않은 철산염 반응 혼합물로부터 순수도가 높은 알칼리 금속 또는 알칼리성 토금속 철산염을 획득하는 방법을 밝히고 있다.

미국특허 제 4,304,760호에서 메인(Mein) 등은 알칼리성 pH에서 무기산 및칼륨 염(바람직하게는, 수용액에서 뿐만아니라 고체상에서도 철산염의 안정성을 증가시키기 위해 인산염이 선호됨) 수용액으로 세척함으로써 결정화된 칼륨 철산염으로부터 칼륨 수산화물을 선택적으로 제거하기 위한 방법을 밝히고 있다.

미국특허 제 2,835,553호에서 밀(Mill) 등은 철산염 산물의 안정화 방법뿐만 아니라 차아염소산염과의 반응과 관련이 있으며, 결과적으로 산화제로 이용할 수 있는 철산염을 생성시키는 방법을 밝히고 있다.

미국특허 제 2,835,556호에서 하리슨(Harrison) 등은, +4의 원자가를 가지는 새로운 알칼리 금속 철산염은 알칼리 금속 철산염(III)와 같은 산화물(또는 과산화물) 또는 유사한 철산염(IV)을 산출시키기 위한 다른 알칼리 금속을 반응시킴으로써 조제되는, 열단계를 이용한 방법을 밝히고 있다.

미국특허 제 5,284,642호에서 에브라드(Evrard) 등은 산화제로 산업적으로 사용할 수 없고 안정한 알칼리 또는 알칼리성 토금속 철산염의 조제 및 산화에 의해서 수처리를 위한 이러한 철산염의 이용을 밝히고 있다. 황산염 안정화도 또한 밝히고 있다.

경제적인 철산염 원료의 개발은 다양한 범위의 과정에서의 철산염의 응용과 관련이 있는 이득을 유도하는 것이 바람직하다. 철산염 조제를 위해 전부터 알려진 방법과 관련된 어려움 및 이러한 알려진 방법에 의해 생성된 철산염 본래의 문제점에서 보면, 화학 및 기계적 문제점 모두를 피하고, 쉬우며, 편리하고, 안전하며 저렴한 새로운 철산염 조제 방법이 필요하다. 또한, 철산염의 안정성에 대한 제한을 줄이거나 또는 없애는 시스템 및 환경적 친화력이 있는 산화제 및 소독제로철산염을 이용하는 시스템이 필요하다.

발명의 요약

연속적으로 철산염을 합성하는 방법은 혼합챔버(mixing chamber)에 철염(iron salt) 및 산화제(oxidizing agent)를 포함하는 수용액을 혼합하는 단계; 반응챔버(reaction chamber)에 수용액의 적어도 일부분을 운반하는 단계; 반응챔버에서 철산염을 연속적으로 생성하는 단계; 반응챔버에 인접한 이용부위에 철산염의 적어도 일부분을 운반하는 단계; 및 혼합챔버에 부가의 수용액을 가하는 단계를 포함한다.

또한, 적어도 하나의 불순물(impurity)을 가지는 수용액을 이용부위에 처리하는 방법은 이용부위에 인접하게 위치한 반응챔버에 철산염을 연속적으로 생성하는 단계; 이용부위에 수성 혼합물과 철산염을 접촉시켜, 불순물의 적어도 일부분을 산화시키는 단계를 포함한다.

또한, 철산염을 연속적으로 합성하는 장치는 일차 보유챔버(holding chamber); 이차 보유챔버; 일차 보유챔버의 내용물과 이차 보유챔버의 내용물이 첨가되어 일차 혼합물이 형성되고, 일차 보유챔버 및 이차 보유챔버와 조절가능하게 연결된 혼합챔버; 이 혼합물을 일정기간동안 보유하는 혼합챔버와 조절가능하게 연결된 반응챔버; 및, 이 혼합물을 이용부위에 인접하게 이동시킬 수 있는 반응챔버의 출구(output opening)를 포함한다.

또한, 철산염을 연속적으로 합성하는 시스템은 이온염을 포함하는 일차 보유챔버; 산화제를 포함하는 이차 보유챔버; 혼합물을 형성시키기 위해 이온염 및 산화제가 조절가능하게 첨가된 일차 보유챔버 및 이차 보유챔버에 조절가능하게 연결된 혼합챔버; 이 혼합물을 일정기간동안 보유하고, 철산염이 합성되는 혼합챔버에 조절가능하게 연결된 반응챔버 및, 이 철산염을 이용부위에 인접하게 이동시킬 수 있는 반응챔버의 출구를 포함한다. 이 혼합물이 반응챔버에 보유되는 "일정기간(period of time)"은 수초에서 수시간, 수일까지의 범위일 수 있으며 수초보다는 긴 시간동안 일 수 있다.

또한, 철산염을 연속적으로 합성하는 장치는 보유챔버; 보유챔버 내용물의 적어도 일부분을 운반기(mover)로 이동시킬 수 있도록 보유챔버에 조절가능하게 연결된 운반기; 운반기의 적어도 일부분을 이동시키는 열챔버(heating chamber); 운반기의 내용물을 이용부위에 인접하게 이동시킬 수 있는 열챔버의 출구를 포함한다.

또한, 철산염을 연속적으로 합성하는 장치는 이온용액을 철산염용액으로 변환시키기에 충분한 전류를 제공하는 두개의 전극을 포함하는 혼합챔버; 이 혼합물을 일정기간동안 보유하는 혼합챔버에 조절가능하게 연결된 반응챔버; 및, 이 혼합물을 이용부위에 인접하게 이동시킬 수 있는 반응챔버의 출구를 포함한다. 이 혼합물은 이초 이상의 일정시간 동안 반응챔버에 보유된다.

또한, 철산염을 연속적으로 합성하는 장치는 적어도 두개의 전극을 포함하는 혼합챔버에 이온염을 포함하는 수용액을 연속적으로 제공하는 단계; 이온염의 적어도 일부분을 철산염으로 변환시키는 적어도 두개의 전극에 충분한 전류를 제공하는단계; 반응챔버에 인접한 이용부위에 철산염의 적어도 일부분을 전달하는 단계; 및 혼합챔버에 부가의 수용액을 가하는 단계를 포함한다.

또한, 철산염을 합성하는 방법은 혼합챔버에 이온염 및 산화제를 포함하는 수용액을 혼합하는 단계; 혼합챔버에 인접한 이용부위에 철산염의 적어도 일부분을 전달하는 단계를 포함한다.

도면의 간단한 설명

도 1은 철산염 이온의 액상 합성장치의 실시태양을 나타낸다.

도 2는 철산염 이온의 고상 합성장치의 실시태양을 나타낸다.

도 3은 철산염 이온의 전기화학 합성장치의 실시태양을 나타낸다.

도 4는 철산염을 생성하고 정제하는 과정의 어떤 실시태양을 나타내는 흐름도이다.

바람직한 실시태양의 상세한 설명

본 발명의 목적은 철산염을 생성하는 새롭고 편리하며 저렴하고 안전한 방법을 제공하는 것이다. 이러한 방법은 나트륨염을 생성시킬 수도 있지만, 그룹 I 또는 그룹 II 양이온 또는 금속이거나 또는 금속이 아닌 다른 양이온을 조제하기위해 사용될 수 있다.

본 발명의 목적은 다양한 페수 오염물 및 수처리 문제에 응용하기 위한 환경 친화적인 산화제를 제공하는 것이다. 이러한 산화제는 청정 반응 산물(들)을 생성하고, 유해한 역효과와 비용문제가 있는 환경용, 실험실용 및 산업용 산화제를 대체하기위해 이용될 수 있다.

본 발명의 목적은 수처리로 알려진 산화제(예를 들면, 염소, 차아염소산염(hypochlorite), 염소 이산화물(dioxide), 과망간산염 및 오존(ozone))와 관련이 있는 문제 및 이러한 산화제의 부산물(by-product)을 해결하기 위한 새롭고, 안전하며 저렴한 산업 및 환경개선 화학산화제를 제공하는 것이다.

본 발명의 목적은 하수시스템(sewer system), 지하수(ground water), 설비처리(treatment plant) 및 폐기처리(waste treatment) 공장에서 수소 황화물 가스를 포함하는 황화물 조절에 이용될 수 있는 새로운 철산염 산물을 제공하는 것이다.

본 발명의 목적은 우라늄, 초우라늄(transuranics), 로켓 연료 추진체 오염물(rocket fuel propellant contaminant) 및 머스터드 가스(mustard gas)를 개선시키기 위해 개선된 철산염 산물을 제공하는 것이다.

본 발명의 목적은 응집제 및 살균제로 이용할 수 있는 혁신적인 산물을 추가로 제공하는 것이다.

본 발명의 목적은 식수 살균 및 응집, 생물연료조절, 지하수 정화, 고체표면세척 및 위험한 페기물 처리에 이용하는 산화제를 제공하는 것이다.

본 발명의 목적은 합성화학에 이용하는 산화제를 제공하는 것이다.

본 발명의 목적은 폴리머 표면 및 금속 표면 조제를 포함하는 표면 조제에 이용하는 산화제를 제공하는 것이다.

적어도 하나의 상기에서 규정한 목적을 이루기 위해서, 하기의 방법, 제조, 물질의 조성 및 그의 이용을 제공하였다.

본 발명은 일반적으로 철산염 이온(ferrate ion)의 제조 및 응용에 관한 것이다. 좀 더 구체적으로, 본 발명은 불순물(impurity)들을 포함하는 용액에 철산염 이온을 용액을 처리하는 방법 및 시스템에 관한 것이다.

I. 현지 생성(on-site generation)

본 발명자들은 철산염의 이용과 관련이 있는 현재의 많은 문제점들이 철산염의 정제 및 저장과 관련이 있다는 것을 발견하였다. 따라서, 본 발명의 어떤 실시태양에서는, 철산염을 생성하고 대체적으로 추가의 정제, 포장, 또는 조제없이 철산염을 이용하는 시스템을 제공하였다. 비정제 형태의 철산염은 신속하게 부패하기 때문에 제공된 방법에 의해 생성된 철산염은 저장할 필요가 없다. 철산염은 생성된 바로 직후에 이용하는 것이 바람직하다. 따라서, 본 발명의 어떤 실시태양은 실질적으로 추가의 정제, 포장, 운반, 이동 또는 조제없이 철산염이 생성될 때 이용부위에 신속하고 효과적으로 전달될 수 있도록 이용부위에 아주 근접한 곳에 위치하도록 도안된 장치를 제공한다.

이 문서에서 사용하는 "생성부위(site of generation)" 또는 "생성부위(generation site)" 라는 용어는 철산염을 생성하는 장치가 위치하는 부위를 말한다. 이 문서에서 예를 든 한 실시태양에서, 생성부위는 철산염을 생성하는 반응챔버를 포함한다. "이용부위(site of use)", "이용부위(use site)", 또는 "처리부위(treatment site)"라는 용어는 산화, 합성, 소독, 세척, 도금, 캡슐화 또는 응집할 물체와 철산염을 접촉시키는 부위를 말한다.

"아주 근접(close proximity)" 및 "근접한(proximal)"이라는 용어는 이 문서에서 호환해서 이용하였다. 이러한 용어는 생성부위 및 이용부위가 철산염의 부패 반감기 동안 이동할 수 있는 거리에 위치할 때 두개의 비교위치를 설명하기 위해 사용하였다. 부패 "반감기(half-life)"는 물질의 반이 부패하는데 걸리는 시간을 나타낸다. 어떤 주어진 철산염의 부패 반감기는 철산염이 생성 및/또는 저장되는 조건에 따라 다를 것이다. 따라서, 예를 들면, 온도, 염기농도, 산화제 농도 및 불순물의 존재가 철산염 부패의 반감기에 영향을 미칠 것이다. 그러나, 이러한 반감기는 기존의 기술을 이용한 이 분야의 일반적인 기술을 가지고 신속하게 측정할 수 있다. 따라서, 생성부위는 전달하는 동안에 이용부위의 철산염의 농도가 생성부위의 철산염 농도중 반정도와 동일하거나 또는 그 보다 높을 경우에 이용부위에 "근접(proximal)" 하다고 말한다. 생성부위 및 이용부위 사이의 거리는 간단하게 물질치환 기간이라기 보다는 반감기 기간 및 운반에 필요한 시간으로 한정하였다. 따라서, 아주 근접하게 위치한 생성부위 및 이용부위 사이의 물질 치환은 두 부위사이에서 운반되는 철산염 조성물의 반감기 및 운반되는 조성물의 비율에 따라서 다를 것이다. 따라서, 철산염의 이동 반감기에 영향을 주는 요소의 비율에 영향을 미치는 요소는 아주 근접하게 위치한 두 부위가 허용하는 최대의 물질 치환에 영향을 줄 것이다. 철산염의 이동 비율에 영향을 미치는 요소는, 제한하지는 않지만, 이동시킬때 사용하는 펌프에 의해 발생하는 압력 및 이동시킬때 사용하는 펌프 작용의 정도를 포함한다.

현지 생성 방법은 알려진 방법에 더하여 많은 장점을 제공한다. 첫번째로,생성된 철산염은 실제로 추가의 정제 또는 안정화단계를 거치지 않고 이용할 수 있기 때문에, 저장 또는 운반할 필요가 없다. 추가로, 동일한 양의 이용가능한 철산염을 제공하기 위해 보다 적은 양의 초기 물질을 이용하기 때문에, 철산염을 순수하게 정제할 필요성이 없어지고 결과적으로 반응 생산량이 증가함으로써 비용이 절감된다.

철산염을 만들고 정제하는 현행 방법은 나트륨 수산화물을 이용해서 나트륨 철산염을 생산하고 칼륨 수산화물을 이용해서 칼륨 철산염을 침전시키는 것과 관련이 있다. 따라서, 이러한 현행의 방법은 두개의 별개의 단계에서 염기를 이용한다. 본 발명의 방법은 나트륨 철산염에 칼륨 수산화물을 첨가할 필요가 없는 방법이므로 실제적으로 이용가능한 철산염을 생성하기 위해 보다 적은 염기를 사용한다.

따라서, 본 발명의 방법으로 생성된 철산염은 액-대-액상(solution-to-solution phase) 상태에서 정제 또는 이용될 수 있다. 즉 철산염은 우연한 결정화 또는 고상으로의 변환(즉, 액-대-고상, solution-to-solid phase)없이 액상에서 생성되고 액상에서 이용된다. 부분적인 정제 또는 분리가 필요하다면, 정제 또는 분리는 액상에서도 가능할 것이다. 본 발명의 어떤 실시태양에서, 생성된 철산염은 액상이 아닌 다른 상으로는 변환하지 않는다.

상기에서 논의된 액-대-액상 개념은 액-대-고상 방법 이상의 장점을 제공한다. 예를 들면, 상기에서 논의된 것과 같이, 고체 또는 결정체로의 전환은 상대-이온(counter-ion)의 특성에 따라 달라진다. 칼슘 철산염의 결정화는 나트륨 철산염의 결정화보다 쉽다. 어떤 상대-이온을 가지는 철산염은 상당히 어려운 조건 하에서 결코 결정화되지 않거나 또는 결정화 될 수 있다. 액-대-액상 개념을 이용해서, 실질적으로 어떠한 상대-이온이라도 사용할 수 있다. 첨가하면, 한때 결정화된 철산염도 이용하기 위해 수성 매체에 재-용해 시킬 수 있을 것이다. 철산염의 재-용해는 과정에서 비용(몇 개를 밝히면, 철산염 손실, 물 첨가, 재용해 탱크) 및 시간(재용해 시간)이 추가된다. 액-대-액상 방법에서, 철산염은 이미 수용액에 존재하며 그런 상태로 이용할 수 있다. 게다가, 산도가 적정 된다면, 물에 고체 철산염을 가해서 조제된 철산염 용액의 산도를 적정하기 보다 한때 생성된 철산염 유출물의 산도를 적정하는 것이 더 효과적이다. 그럼에도 불구하고 액-대-액상 개념의 또 다른 장점은 적합한 혼합물의 생성이 용이하다는 것이다.

상기의 장점은 통용되는 과정보다 더 저렴하고 더 경제적인 과정이라는 것이다. 지금까지는 비용 때문에 화합물를 산화시키는데 이용할 수 없었던 철산염을 비교적 낮은 생성비용으로 대량의 규모에서도 사용할 수 있게 되었다. 더 중요한 것은, 철산염은 현재 도시하수 및 폐수처리 공장에 이용가능하게 제조될 것이다.

추가로, 철산염의 현지생성은 생성될 철산염의 양을 조절할 수 있다. 이것은 철산염의 재고량의 조절을 위해 완화 또는 줄일수 있으며, 추가로, 철산염을 저장하기 위해 완화 또는 줄일 것이다.

II. 철산염의 제조방법

A. 액상 생산(solution phase production)

일측면에서, 본 발명은 혼합챔버(mixing chamber)에서 산화제(oxidizing agent) 및 철염(iron salt)을 포함하는 수용액을 혼합하는 단계; 수용액의 적어도 일부분을 반응챔버(reaction chamber)로 전달하는 단계; 반응챔버에서 철산염을 연속적으로 생성하는 단계; 철산염의 적어도 일부분을 반응챔버에 인접한 이용부위(site of use)로 전달하는 단계; 및, 혼합챔버에 부가의 수용액을 가하는 단계를 포함하는, 철산염을 연속적으로 합성하는 방법에 관한 것이다.

철은 +1, +2, +3, +4, +5, +6 및 +7 산화상태를 포함하는 0 내지 +8 범위의 산화상태를 조절할 수 있다는 것은 당업계의 숙련가에게 공지된 사실이다. 0 산화상태의 철은 철 원소이다. 자연계에서 발견되는 대부분의 철 화합물과 철염은 +2(Fe(II)) 또는 +3(Fe(III))의 산화상태이다. 본 발명에서, "철산염(ferrate)"은 +4, +5, +6, +7 및 +8 산화상태에서 철을 포함하는 이온, 다시 말해, Fe(IV), Fe(V), Fe(VI), Fe(VII) 또는 Fe(VIII)을 포함하는 이온을 의미한다. 철산염 이온은 또한 산소 원자를 포함하고, 다른 원소의 원자를 포함하거나 포함하지 않을 수 있다. 또한, 철산염은 다양한 산화상태의 철을 포함하는 이온의 혼합물을 의미할 수 있으며, 전기 이온의 적어도 일부분은 +4 또는 그 이상의 산화 상태를 나타내는 철을 오랫동안 포함한다. 예를 들면, 철산염은 FeO₄ ^2-를 나타내는데, 전기 이온은 Fe(V)이고, 이온내 다른 원자는 산소 원자이다. FeO₄ ^2-이온을 포함하는 용액은 +5 산화상태 또는 원소 형태의 철을 포함하는 다른 산화상태를 나타내는 철을 전시하는 이온을 포함할 수 있으며, 그것을 여전히 철산염으로 나타낸다. 유사하게, 철산염 용액은 이온을 포함하는 Fe(VI)를 포함하지 않을 수 있다. 철산염 용액은 또한 Fe(V) 또는 이온을 포함하는 Fe(IV)를 포함할 수 있다. 그러므로, 어떤 이온을 포함하는 Fe(IV) 또는 보다 높은 산화상태의 철 원자 및 적어도 하나의 산소 원자는 "철산염"으로 간주된다. 철산염 이온은 양이온 또는 음이온일 수 있다.

이온은 서로 반대의 전하(charge)를 나타낸다 할지라도 동일한 전하의 상대이온(countion)을 필요로 한다는 것은 당업계의 숙련가에게 공지된 사실이다. 이것은 본 발명의 철산염 이온에 있어서도 그렇다. 상대이온은 철산염 이온을 포함하는 혼합물의 전체 전하가 중성인 어떤 이온일 수 있다. 철산염이 음이온일 경우, 상대이온은 어떤 양이온일 수 있다. 가장 일반적인 형태의 철산염은 K₂FeO₄로서, 철은 +6 산화상태이고, 철산염은 음이온이며, 상대이온은 칼륨이다. 나트륨, 칼슘, 마그네슘, 은 등의 어떤 다른 상대-양이온들도 존재할 수 있으며, 이에 제한되지는 않는다.

"연속적인 생산(continuously generating)" 또는 "연속적인 합성(continuously synthesizing)"이란 철산염이 반응챔버로 전달되기 시작하여, 반응챔버에서 그 방법이 실행되는 동안 철산염이 계속적으로 생성되는 것을 의미한다. 또한, 이하에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 연속적인 생산방법에 관한 일실시태양은 혼합챔버에서 반응챔버로의 물질의 일정한 흐름에 관한 것이다. 이하에서 설명될 다른 실시태양에서, 물질은 반응챔버에 적어도 일정의 철산염이 유지되는 동안 혼합챔버에서 반응챔버로 간헐적으로 이동된다.

특정의 실시태양에서, 상기 방법의 부가의 수용액은 반응챔버로 전달되는 수용액의 일부분을 교체하기에 충분한 양이 반응챔버에 가해진다. 본 발명에서, 최초량을 충분히 교체하기 위한 두번째 양은 최초량보다 적거나 같거나 또는 그보다 많을 수 있다.

특정의 실시태양에서, 철산염을 생산하는 방법은 수용액에 염기를 가하는 단계를 추가로 포함한다. 염기는 질소 염기 또는 수산화물(hydroxide), 산화물(oxide), 술폰산염(sulfonate), 황산염(sulfate), 아황산염(sulfite), 수산화황화물(hydrosulfide), 인산염(phosphate), 초산염(acetate), 이탄산염(bicarbonate) 및 탄산염 또는 그들의 혼합물로 구성된 그룹으로부터 선택되는 이온을 포함할 수 있다. "질소 염기(nitrogen base)"는 환상이 아닌(acyclic) 아민 및 환상(cyclic)의 아민으로부터 선택된다. 질소 염기의 실례는 암모니아, 아미드, 메틸아민, 메틸아미드, 트리메틸아민, 트리메틸아미드, 트리에틸아민, 트리에틸아미드, 아닐린, 프롤리딘 및 피리딘 또는 그의 염들을 포함하지만, 이에 제한되지는 않는다.

본 발명의 방법에 의하여 철산염을 생산하기 위하여, 철염이 제공되어야만 한다. "철염(iron salt)" 또는 "철의 염(salt of iron)"은 0이 아닌 산화상태의 철 원자를 포함하는 화합물을 의미한다. 본 발명의 방법에 이용되는 철염은in situ에서, 다시 말해, 원소성 철이 혼합챔버로 도입되기 전에 화학적으로 또는 전기화학적으로 그것을 산화시킴으로써 또는 혼합챔버 내에서 산화를 수행함으로써생성될 수 있다. 철염내의 철 원자는 철 원자가 초기 산화상태에서 +4 또는 그 이상의 최종 산화상태로 변환되는 것과 같이, 산화상태가 일시적으로 도달될 수 있다 하더라도, 0 이상의 산화상태, 바람직하게는 +2 또는 +3의 산화상태를 가질 것이다.

특정의 실시태양에서, 철염은 제 2철의 질산염(ferric nitrate), 제 1철의 질산염, 제 2철의 염화물(chloride), 제 1철의 염화물, 제 2철의 브롬화물(bromide), 제 1철의 브롬화물, 제 2철의 황산염, 제 1철의 황산염, 제 2철의 인산염, 제 1철의 인산염, 제 2철의 수산화물, 제 1철의 수산화물, 제 2철의 산화물, 제 1철의 산화물, 제 2철의 수소 탄산염(hydrogen carbonate), 제 1철의 수소 탄산염, 제 2철의 탄산염 및 제 1철의 탄산염 또는 그의 혼합물들로 구성된 그룹으로부터 선택될 수 있다. 다른 형태의 모든 제 1철 및 제 2철의 산화물이 본 발명의 방법에 이용될 수 있다.

본 발명의 어떤 실시태양에서, 철산염은 철염의 화학적 산화에 의하여 생성된다. 화학적 산화는 산화제 또는 산화제를 포함하는 용액과 철염 또는 철염을 포함하는 용액의 혼합에 의하여 수행된다. 어떤 실시태양에서, 산화제 또는 산화제를 포함하는 용액은 철염 또는 철염을 포함하는 용액으로 가해지는 반면, 어떤 실시태양에서는 철염 또는 철염을 포함하는 용액은 산화제 또는 산화제를 포함하는 용액으로 가해진다. "산화제(oxidizing agent)"는 다른 화합물을 산화시키고, 자신은 환원되는 화합물이다. 특정의 실시태양에서, 산화제는 하이포아할리트염(hypohalite) 이온, 아할리트염 이온, 할레이트염(halate) 이온,과할레이트염 이온, 오존(ozone), 옥손(oxone), 할로겐, 과산화물(peroxide), 초산화물(superoxide), 과산(peracid), 과산염 및 카로의 산(Caro's acid) 또는 그의 혼합물들 중 적어도 하나를 포함한다.

발명의 실시태양에서, 산화제는 하이포아염소산염(hypochlorite) 이온, 하이프아브롬산염(hypobromite) 이온 및 하이포아요오드산염(hypoiodite) 이온으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 하이포아할리트염 이온을 포함한다. 발명의 다른 실시태양에서, 산화제는 아염소산염 이온, 아브롬산염 이온 및 아요오드산염 이온으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 아할리트염 이온을 포함하고, 다른 실시태양에서, 산화제는 염소산염 이온, 브롬산염 이온 및 요오드산염 이온으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 할레이트염 이온을 포함한다. 특정의 다른 실시태양에서, 산화제는 과염소산염 이온, 과브롬산염 이온 및 과요오드산염 이온으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 과할레이트염 이온을 포함한다.

또한, 본 발명의 일실시태양에서, 철염과 산화제의 수용액은 혼합챔버에서 혼합된다. 또한, 동시에 염기 또는 염기의 혼합물이 혼합챔버로 가해질 수 있다. 수용액은 혼합챔버에서 혼합조건, 예를 들면, 온도 또는 성분의 농도에 따라 수초에서 수 시간의 특정의 시간동안 혼합된다. 당업계의 숙련가는 본 단계에서 철산염이 생성되기 사작한다는 사실을 인식하고 있다.

혼합이 이루어짐에 따라, 수용액의 적어도 일부분이 반응챔버로 전달되고, 수용액내 철산염의 농도가 선결된(pre-determine) 수준에 도달할때까지의 특정의 시간동안 반응챔버에서 유지된다. 철산염의 사용농도는 철산염의 필요와 합성 또는 사용조건에 따라 결정된다. 특정의 응용은 다른 것보다 높은 수율의 철산염을 요구한다. 그러므로, 수용액이 반응챔버에 유지되는 시간은 수초에서 수 시간의 범위일 수 있다. 반응챔버는 "보유 탱크(holding tank)", 다시 말해, 생성된 철산염을 특정의 온도에서 후에 사용될 때까지 유지시키는 장소로 이용될 수 있다. 보유 탱크는 상온 또는 상온보다 높거나 낮은 온도일 수 있다. 철산염을 포함하는 용액은 반응챔버로부터 제거되고, 이용부위로 전달된다. 이용부위는 반응챔버에 인접해 있다.

특정의 실시태양에서, 용액이 혼합챔버로부터 반응챔버로 제거됨에 따라, 철염 및 산화제를 포함하는 부가의 수용액이 혼합챔버로 가해진다. 다른 실시태양에서, 철염 및 산화제를 포함하는 부가의 수용액은 혼합챔버내의 모든 혼합물이 반응챔버로 이동된 후에 혼합챔버로 가해진다. 본 발명의 어떤 실시태양에서는, 혼합챔버에서 반응챔버로의 수용액의 흐름이 연속적이다. 그러므로, 철산염이 필요로 되는 동안, 새로운 일회분(batch)의 수용액이 혼합챔버로 가해지게 된다.

본 발명의 어떤 실시태양에서, 철염뿐만 아니라, 금속 산화물이 혼합물로 가해진다. 금속 산화물은 철산염이 생성되는 동안의 어떤 시점에 본래의 성분으로서, 또는 혼합챔버 내로, 또는 반응챔버내로, 또는 경로를 따라 어디로든 가해질 수 있다. 금속 산화물은 철산염을 포함하는 혼합물로 가해지고, 철산염이 합성, 세척, 소독, 산화 또는 응집되는 대상과 접촉되는 때, 또는 철산염이 전기 대상과 접촉된 후에 철산염이 생성된다. 금속 산화물의 금속 원자는 주요그룹의 금속, 전이(transition) 금속 또는 f-블록의 금속일 수 있다. "전이 금속(transitionmetal)"이란 주기율표의 컬럼 3 내지 12에 있는 금속, 다시 말해, 스칸듐(scandium), 티타늄(titanium), 바나듐(vanadium), 크로뮴(chromium), 망간(manganese), 철, 코발트, 니켈, 구리 및 아연 3가 원소(triad)들이다. "f-블록 금속(f-block metal)"은 란타니드(lantanide) 또는 악티늄(actinium) 계열의 금속, 다시 말해, 원자번호 57 내지 71 및 89 및 103을 가지는 금속이다. 또한, 란탄 및 악티늄은 전이 금속인 동시에 f-블록 금속이다. 금속 산화물은 스칸듐 산화물, 티타늄 산화물, 바나듐 산화물, 망간 산화물, 코발트 산화물, 니켈 산화물, 구리 산화물, 아연 산화물, 갈륨 산화물, 이트륨 산화물, 지르코늄 산화물, 니오븀 산화물, 몰리브덴 산화물, 루테늄 산화물, 로듐 산화물, 팔라듐 산화물, 은 산화물, 카드뮴 산화물, 인듐 산화물, 주석 산화물, 하프늄 산화물, 탄탈 산화물, 텅스텐 산화물, 레늄 산화물, 오스뮴 산화물, 이리듐 산화물, 백금 산화물 또는 이들 금속의 산화물을 포함하는 어떤 염일 수 있다.

특정의 실시태양에서, 철산염을 포함하는 용액은 사용전 또는 사용하는 동안 빛으로 조사된다. 다른 실시태야에서, 철산염을 포함하는 용액은 사용전에 암실에서 보관된다. 용액이 빛에 조사되는 경우, 빛은 전자기 스펙트럼내, 다시 말해, 방사성 파장 및 X-선 및 자외선, 가시광선 또는 적외선을 포함하는 감마 복사선 사이의 어느 곳의 어떤 주파수를 가지는 빛일 수 있다.

특정의 다른 실시태양은 철산염이 생성되는 동안의 "회분식 방법"에 관한 것이다. 또한, 본 발명의 실시태양은 철염 및 산화제를 포함하는 수용액을 혼합챔버에 가하는 단계, 수용액을 혼합하는 단계, 수용액의 적어도 일부분을 반응챔버로전달하는 단계, 및, 철산염의 적어도 일부분을 반응챔버에 인접한 이용부위로 전달하는 단계를 포함하는 철산염의 합성방법에 관한 것이다.

특정의 실시태양에서, 혼합챔버에서 상기 방법에 의해 생성된 철산염은 분리된 반응챔버로의 전달없이 이용부위로 전달된다. 이들 실시태양에서는, 그러므로, 혼합챔버와 반응챔버는 하나이고, 동일한 것이다. 특정의 다른 실시태양에서, 혼합챔버에서의 혼합 후에, 철산염 용액은 보유 탱크로 전달되고, 사용될 때까지 그곳에 보관된다. 어떠한 경우, 철산염 용액은 그것이 유지된 조건(다시 말해, 온도, 농도, pH 등)하에 용액 내 철산염의 반감기와 동일한 시간 또는 그 이하의 시간 동안 유지된다.

B. 고상 생산(solid phase production)

다른 측면에서, 본 발명은 철염 및 산화제의 혼합물을 제공하는 단계; 혼합물의 적어도 일부분을 열챔버(heating chamber)에 연속적으로 전달하는 단계; 혼합물을 열챔버에서 승온(elevated temperature)에 노출시켜, 철산염을 생성하는 단계; 생성된 철산염의 적어도 일부분을 열챔버로부터 제거하는 단계; 및, 열챔버에 부가의 혼합물을 가하는 단계를 포함하는, 철산염을 연속적으로 합성하는 방법에 관한 것이다.

특정의 실시태양에서, 혼합물의 승온으로의 노출 및 노출로부터의 철산염의 제거는 연속적이다.

어떤 실시태양에서, 열챔버로 가해지는 부가의 혼합물은 열챔버로부터 제거되는 철산염의 일부분을 교체하기에 충분한 양이다.

"연속적인 전달(continuously delivering)"은 철염과 산화제의 혼합물이 열챔버로 전달되기 시작하여, 방법이 실행되는 시간동안 열 챔버로의 전달이 계속적이라는 것을 의미한다.

발명의 특정의 실시태양에서, 본문에 기술한 바와 같은 염기는 또한 혼합물로 가해진다.

본 발명의 어떤 실시태양에서, 철염과 산화제의 혼합물은 벨트에 있는 열챔버를 통해 이동된다. 벨트는 상온 이상의 온도를 견딜 수 있는 물질로 제조되었다. 이들 물질은 고무, 스틸, 알루미늄, 유리, 자기 등을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.

발명의 특정의 실시태양에서, 혼합물은 벨트에 직접적으로 주입될 수 있는 반면, 다른 실시태양에서는 벨트에 위치하는 컨테이너로 주입될 수 있다. 이들 실시태양의 어느 하나에서, 혼합물과 접촉되는 표면은 철염 또는 다른 산화제와 반응하지 않는다.

열챔버는 상온 이상의 온도로 가열된다. "상온(room temperature)"은 약 20℃이다. 어떤 실시태양에서, 열챔버는 약 20℃에서 약 1000℃ 사이, 또는 약 50℃에서 약 500℃ 사이, 또는 약 100℃에서 약 400℃ 사이의 온도로 가열된다. 특정 온도에서의 "약(about)"이란 온도범위가 기재된 온도의 40℃ 내, 또는 기재된 온도의 30내, 또는 기재된 온도의 20℃내, 또는 기재된 온도의 10℃내, 또는 기재된 온도의 5℃내, 또는 기재된 온도의 2℃내에 있는 것을 의미한다. 그러므로, 오직 실시예만을 위하여, "약 400℃"란 온도범위가 어떤 실시태양에서는 400±40℃이고, 어떤 실시태양에서는 400±30℃이며, 어떤 실시태양에서는 400±20℃이고, 어떤 실시태양에서는 400±10℃이며, 또는 다른 실시태양에서는 400±5℃, 또는 또 다른 실시태양에서는 400±2℃이다. 어떤 실시태양에서, 온도는 방법 전체에서 비교적 일정하게 유지되는 반면, 다른 실시태양에서는 변화된다. 온도가 변화되는 실시태양에서, 온도는 상승, 다시 말해, 최종 온도가 초기 온도보다 높아지게 되고, 또는 하강, 다시 말해, 최종 온도가 초기 온도보다 낮아지게 된다.

또한, 본 발명의 어떤 실시태양에서, 철염과 산화제의 혼합물은 벨트위에 놓여진다. 철염과 산화제는 벨트로 가해지기 전에 미리 혼합될 수 있고, 또는 벨트로 가해진 후에 혼합될 수 있다. 혼합물은 벨트로 직접 가해지거나 또는 벨트에 위치한 컨테이너로 가해질 수 있다. 혼합물은 컨테이너가 벨트 위에 위치하기 전에 컨테이너로 가해지거나 또는 컨테이너가 벨트위에 놓여지는 동안 컨테이너로 가해질 수 있다. 특정의 실시태양에서, 염기가 또한 어떤 시점에서 혼합물로 가해진다.

벨트는 열챔버를 통해 움직이고, 그에 의하여 혼합물이 가열된다. 열은 혼합물에서 철산염을 생성하기에 충분해야만 한다. 열챔버를 통과하는 벨트의 속도, 혼합물이 가열되는 시간 및 혼합물이 가열되는 온도는 모두 조절가능하다. 또한, 혼합물은 수 초 또는 수 시간동안 가열될 수 있다.

가열 이후, 철산염을 포함하는 가열된 혼합물은 벨트로부터 제거되고, 벨트는 부가의 혼합물의 첨가를 위하여 본래의 위치로 돌아간다. 열챔버를 통한 벨트의 이동은 계속적일 수 있다.

어떤 실시태양에서, 상기 방법에서 승온에 노출되는 혼합물은 고체이다.

C. 전기화학적 생산

다른 측면에서, 본 발명은 적어도 두개의 전극을 포함하는 혼합챔버에 철염을 포함하는 수용액을 공급하는 단계; 이온염의 적어도 일부분을 철산염으로 변환시키기 위해 적어도 두 개의 전극에 충분한 전류를 공급하는 단계; 반응챔버에 인접한 이용부위에 철산염의 적어도 일부분을 전달하는 단계; 및, 혼합챔버에 부가의 수용액을 가하는 단계를 포함하는, 철산염을 연속적으로 생성하는 방법에 관한 것이다.

"연속적인 전달(continuously delivering)"이란 철산염이 이용부위로 전달하기 시작하여, 방법이 실행되는 시간동안 이용부위로의 전달이 계속되는 것을 의미한다.

발명의 특정의 실시태양에서, 염기는 수용액으로 가해지는 반면, 다른 실시태양에서는 산이 가해진다.

혼합챔버는 두 개의 전극을 포함한다. 전극은 수용액을 통해 전류를 전달하고, 그를 통하여 전기화학적 반응으로 철염의 철을 철산염으로 변환시킨다. 철염의 철은 철염처럼 용액으로 가해질 수 있거나 또는 전류의 도입에 따라 용해되는 철 전극일 수 있다. 철산염을 포함하는 용액은 혼합챔버로부터 제거되고, 부가의 수용액은 부가의 반응을 위하여 혼합챔버로 가해진다. 특정의 실시태양에서, 혼합챔버로부터 반응챔버로의 물질의 흐름은 연속적이다.

D. 철산염의 생산방법의 다른 실시예

일실시태양에서, 제 2철의 황산염은 정적인(static) 혼합기로 가해지고, 수용성 매체에서 혼합될 수 있다. 정적인 혼합기는 입자의 미세입자화를 가능하게 하는 혼합기작을 포함한다. 정적인 혼합기는 플러그 흐름에 의하여 특정화된 연속적인 방사상의(radial) 혼합장치이거나 또는 다른 종래의 혼합기일 수 있다. 정적인 혼합기는 짧은 체재시간과 작은 역혼합을 가지는 것이 바람직하다. 또한, 시간의 변동없이 공급(feed) 요소의 적절한 양은 바람직한 실행을 위한 필요조건이다.

정적인 혼합기의 다른 바람직한 모습은 혼합을 위한 이동부분을 가지지 않는 것이다. 이동 부분과 표면영역의 신뢰의 부재와 반응물/생산물 이동을 위한 구조는 반응을 차갑게 하는 냉각제의 필요를 감소시킨다. 또한, 정적인 혼합기는 비교적 저렴한 장치 유지 부품이다. 본 발명의 방법에서 사용되는 정적인 혼합기는 Koch에 의하여 제조된 펌프-어라운드 루프 반응기 또는 캐스케이드 형태의 반응기(Koch-SMVP packing /Rog 92/)로 삽입될 수 있다. 다른 정적인 혼합기는 Koch 타입 SMF, SMXL-R, SMXL, SMX 및 SMV 타입을 포함한다.

다른 실시태양에서, 마이크로 반응기는 반응물을 혼합하기 위해 이용된다. 마이크로 반응기 및 정적인 혼합기는 철산염을 연속적인 공정 또는 반-연속적인 공정으로 제조하기 위해 이용가능하다.

혼합기작은 비틀린(tortuous) 경로, 혼합장치 또는 흡입기(aspirator)일 수있다. 컨테이너 내의 옥손 또는 카로의 산 또는 다른 강력한 산화제는 정적인 혼합기로 가해진다. "옥손(oxone)"이란 용어는 포타슘 퍼옥시모노퍼설페이트 또는 포타슘 모노퍼설페이트를 나타내는데 사용된다. 반응은 즉각적으로 시작되고, 열을 생성시킨다. 반응온도는 냉각 코일 또는 냉각 자켓(jacket)을 이용하여 액 -10℃의 온도로 조정한다. 온도는 피드백 조절기작을 향한 공급을 통하여 조절된다. 물은 제 2철의 황상염, 산화제 및 반응산물을 이동시키기 위한 이동 매개로서 이용된다. 물의 부피는 철산염 생산수율을 최대로 하는 부피로 최소화한다.

건조된 KOH는 철산염 생산을 최대화하기에 효과적인 양으로 가해진다. KOH는 다른 마이크로 혼합기 또는 정적인 혼합기로 가해진다. KOH는 주 반응기로 가해진다. KOH는 주 반응기로 도입되기 전에 약 -10℃로 냉각된다. 주 반응기는 또한 정적인 혼합기이다.

과량의 KOH는 Fe(III)의 철산염으로의 변환을 저해한다. 정적인 혼합기의 이용은 모든 반응물의 반응을 가능하게 하는 표면영역을 최대화한다. 정적인 혼합기 또는 마이크로 온합기의 이용이 반응공정을 가속화시킨다고 여겨지고 있다.

카로의 산의 이용은 철산염을 안정화시키는데 바람직한데, 그것은 카로의 산으로부터의 황산염이 철산염을 "완충(buffer)"하기 때문이다. 그러나, 정적인 혼합기가 처리되어질 물 또는 폐수와 인접하게 위치하는 경우, 황산염 안정화는 선택(option)이고, Fe(0) 산화는 염소(chlorine) 또는 과산화물 등의 다른 산화제를 가지고 발생할 수 있다.

반응기의 온도는 약 40℃에서 유지되는 것이 바람직하지만, 20℃보다 낮거나또는 60℃보다 높을 수 있다. 생산물이 반응기로부터 제거됨에 따라, 생산물 흐름(stream)의 온도는 상온으로 점차적으로 증가한다.

정적인 혼합기의 이용은 철 부분(moiety)을 산화제와 충돌시키는 단계, KOH로 반응을 중단시키는 단계, 및, 철산염을 물 또는 폐수 또는 슬러지 흐름으로 주입시키는 단계를 포함하는 물 처리 방법을 허용한다. 정적인 혼합기의 이용은 복잡한 화학반응이 물 및 폐수 처리설비의 작동에 의하여 실행될 수 있도록 한다. 철 종(species)의 미립화와 급속한 혼합때문에, 온도조절에 관한 종래 장치가 실질적으로 제거되었다.

다른 실시태양에서, 철산염은 강력한 알칼리성 용액에서의 철(III)의 하이포아염소산염 산화에 의한 연속적인 공정으로 생성되고, 포화된 KOH의 첨가에 의하여 침정된다. 철산염의 합성에 이용되는 하이포아염소산염은 차가운 부식성의 소다 용액에서의 염소의 불균형(disproportionation)에 의하여 생성된다:

Cl₂+ OH^-------> Cl^-+ OCl^-+ H⁺

철산염 이온은 제 2철의 질산염 등의 물질을 하기의 하이포아염소산염 용액으로 가함으로써 생성될 수 있다:

10 OH^-+ 3 OCl^-+ 2 Fe ------> 2 K₂FeO₄+ 3 Cl^-+ 5 H₂O

철산염의 합성은 KOH 용액을 20℃에서 40℃로 셋팅되고, 냉수로 둘러싸인 반응혼합물로 가함으로써 시작된다. 가스의 또는 액체의 염소는 액체 반응혼합물을통해 거품이 일게 되고, 고체의 철염 또는 산화물이 가해진다. 반응물인 Cl₂, KOH, Fe(III)의 몰비의 범위는 1.5 내지 30: 10 내지 60: 1이다. 작은 비율은 산물의 수율을 감소시키는 반면, 큰 비율은 반응기로 되돌아가는 큰 재순환의 흐름을 요구하거나, 사용되지 않는 KOH를 남기거나 또는 철산염 분해를 가속화시킨다.

반응기에서의 철산염의 평균 체재시간은 180분이다. 30분 이상의 체재시간은 상당한 철산염 분해를 야기한다. 반응기에 남겨진 생산 혼합물은 전형적으로 2 내지 6(질량)%의 질산염 칼륨이다.

반응 혼합물은 K₂FeO₄, KCl 및 Fe(OH)₃, 수용성의 KOH, KOCl, KCl 및 소량의 K₂FeO₄를 포함한다. 혼합물에서의 KOH의 농도는 35 내지 45(질량)%로 증가되어 용액으로부터 철산염을 추가로 침전시킨다. 온도는 고체의 철산염 칼륨의 수율을 최대로 하기 위하여 반응이 진행되는 동안 5 내지 20℃로 낮아진다. 가공하지 않은(crude) 고체 생산물은 KOH를 첨가한지 5분 이내의 원심분리를 통해 분리되고, 액체는 반응기로 되돌아가 재활용된다.

가공하지 않은 생산물은 KCl 및 Fe(OH)₃로 오염된다. 20 내지 50℃에서의 10 내지 20(질량)%의 KOH(aq)로의 철산염 칼륨의 선택적인 용해는 생산물을 정제한다. KCl 및 Fe(OH)₃는 매체(media)에서 불용성이고, 원심분리를 통해 제거된다. 고체는 분리될 수 있고, 철산염 생산에서 초기물질로서 사용되기 위하여 재가공된다.

철산염 이온은 KOH 용액 또는 고체 KOH의 40 내지 45(질량)%의 농도의 첨가로 재침전된다. 생성된 혼합물이 30%인 경우, K₂FeO₄의 결정은 용액이 -20 내지 0℃로 냉각되었을 때 침전된다. 초기의 분리단계에서, 고체는 원심분리를 통해 수집된다. 분리된 KOH 용액은 철산염 반응기로 재순환된다.

생산된 철산염 칼륨은 탱크에서 무수화 DMSO로 세척하여 남아있는 KOH 또는 물을 제거할 수 있다. DMSO는 빠른 증발로 제거된다. 다음, 고체는 추가의 정제를 위하여 메탄올 세척탱크로 이동되고, 최종적으로 원심분리에 의하여 수집된다. 메탄올은 증류를 통해 제거된다.

다른 실시태양에서, 상기에 기술된 반응물은 20℃의 온도로 냉각된 반응기로 가해진다. 약 180분 후, 반응 생산물은 침전된 철산염을 안정화시키기 위하여 KOH로 처리되고, 전체 혼합물은 처리를 위한 물 또는 폐수 또는 슬러지로 이동된다. 일실시태양에서, 반응기로부터의 유출물은 미반응된 제 2철의 황산염, 미반응된 옥손, 황산염 칼륨, KOH 및 약 20% 용해된 철산염을 포함한다. KOH 및 제 2철의 이온의 존재는 물에 의한 분해속도를 지연시켜, 생산물 흐름이 미처리된 물과 혼합되도록 한다.

철산염을 포함하는 혼합물은 필요하다면 광택을 낼 수 있다.

다른 실시태양에서, 하이포아염소산염은 염소 가스를 대용할 수 있다. NaCl의 반응 혼합물로의 도입에 의하여, Na₂FeO₄는 KOH 여과 단계 또는 추가의 도구없이 침전된다.

다른 실시태양에서, 철산염은 유동화된 하상(bed) 반응에서 고체로 생성된다. 유동화된 하상은 하나 또는 그 이상의 FeCl₂, Fe(SO₄)₂, Fe(NO₃)₃및 베타-제 2철의 옥시드 모노하이드레이트, 산소 가스 및 염소 가스를 포함한다. 반응은 20℃ 같은 감소된 온도에서 일어난다. 철산염의 결정이 생성된다.

다른 일실시태양에서, 철산염은 과산화 나트륨 또는 과산화 칼륨 또는 초산화 칼륨 등의 알칼리 과산화물의 적철광(hematite)과의 직접반응의 결과로서 생성되며, 철산염 칼륨 또는 철산염 나트륨을 생산된다. 반응은 하기의 화학반응에 의하여 수행되는 것으로 믿어진다.

Fe₂O₃+ 6 KO₂------> 2 K₂FeO₄+ K₂O + 3 O₂(g)

Fe₂O₃+ 3 K₂FeO₄+ K₂O

몰비

1 Fe₂O₃: 6 KO₂

1 Fe₂O₃: 3 K₂O₂

1 Fe : 3 K, for both

합성을 위한 반응온도는 약 12 시간의 시간동안 약 400 내지 600℃이다. 화학적 반응은 고체-고체 접촉, 액체-고체 접촉 또는 증기/고체 접촉을 통해 일어나는 것으로 믿어진다. 액체는 주조된(molten) 염이고, 증기는 K₂O₂증기 등의 물질이다.

반응물은 건조되고, 고른 입자 크기로 잘 혼합되어야 한다. 혼합은 수분 및CO₂가 과산화물과 반응할 수 있으므로, 공기와의 접촉을 피해야 한다. 반응물은 120 내지 150℃에서 TGA 내 건조 질소하에 유지되어 TGA 반응 온도로 가열되기 전에 흡수된 물을 철저하게 제거한다.

용해된 과산화물/초산화물이 적철광과 반응하는 경우에는 염 용액에 용해된 철산염이 생성된다. 냉각에 따라, 용해된 철산염 이온은 K₂FeO₄의 결정으로 염으로부터 침전된다. 고온은 K₂FeO₄를 생성하지만, 중간 정도의 수율을 가지고, 염 혼합물로부터 K₂FeO₄를 분리하기 위하여 이후의 가공 단계를 필요로 한다. 일실시태양에서, 염 혼합물은 분리되지 않고, 전체 혼합물이 물 또는 폐수 처리에 이용된다. 하나의 장점은 단일의 고온 반응기와 관련된 단순 공정이 생산단가를 낮춘다는 것이다.

하나의 다른 옵션은 두 단계의 공정이다. 저렴한 원천(source)의 과산화물/초산화물이 일차 반응기에서 가공되어 과산화물/초산화물 종을 포함하는 가스 흐름을 생성시킨다. 가스 흐름은 직접 반응이 철산염을 생성하기 위해 수행되는 적철광을 포함하는 이차 반응기로 통하게 된다. 반응기 A 및 B의 온도는 각각에서의 공정을 최적화하기 위해 분리되어 셋팅된다. 본 공정에 있어서, 일차 반응기 온도는 약 100℃이고, 이차 반응기의 온도는 400 내지 500℃이다. 과산화물 반응은 철과 카로의 산의 반응을 위하여 기재된 바와 같이 정적인 혼합기에서 수행될 수 있다.

옥손, 카로의 산, 과산화물/초산화물, 염소 및 하이포아염소산염의 산화제가본문에 기재됨과 동시에, 다른 산화제도 사용하기에 적합할 수 있다. 이들 산화제들 중 일부는 로산나(Losanna)의Grazzino Italiano에 철산염 산화제에 대한 기사에 기재되었다. 효소 또한 반응온도를 감소시키기 위하여 본 발명의 철산염 가공 실시태양에 사용가능하다.

III. 철산염의 현지(on-site) 생성을 위한 장치

A. 액상 생산 장치

다른 측면에서, 본 발명은 일차 보유챔버(holding chamber); 이차 보유챔버; 전기 일차 보유챔버의 내용물과 전기 이차 보유챔버의 내용물이 첨가되어 일차 혼합물이 형성되고, 일차 보유챔버 및 이차 보유챔버와 조절가능하게 연결된 혼합챔버; 일차 혼합물을 수용하여 일정시간동안 보유하도록 전기 혼합챔버와 조절가능하게 연결된 반응챔버; 전기 반응챔버의 철산염 혼합물; 및, 전기 철산염 혼합물을 이용부위로 이동시키기에 적합한 반응챔버의 출구(output opening)를 포함하는, 반응챔버에 인접한 이용부위로 전달되는 철산염을 연속적으로 합성하는 장치에 관한 것이다.

어떤 실시태양에서, 혼합챔버는 기계적 교반기(agitator)를 추가로 포함한다.

다른 실시태양에서, 혼합챔버는 혼합물이 통과하면서 혼합될 수 있도록 배치된 관(tube)을 포함한다.

발명의 특정의 실시태양은 혼합챔버가 온도조절장치를 추가로 포함하는 장치에 관한 것이다. 온도조절장치는 혼합챔버를 둘러싸고 있는 자켓을 포함할 수 있으며, 냉각된 또는 가열된 유동액(fluid)은 내강(intraluminal) 공간의 온도를 특정의 선결된 수준으로 유지하기 위하여 자켓을 통하여 이동된다.

발명의 다른 실시태양에서, 장치는 일차 및 이차 보유챔버의 하류, 혼합챔버의 상류에 펌프를 추가로 포함한다. 펌프는 혼합챔버로의 물질의 흐름을 조절한다.

발명의 어떤 다른 실시태양은 혼합챔버의 하류, 반응챔버의 상류에 펌프를 추가로 포함하는 것에 관한 것이다. 펌프는 혼합챔버로부터 반응챔버로의 물질의 흐름을 조절한다.

발명의 어떤 실시태양에서, 반응챔버는 혼합챔버와 출구 사이에 위치한 관을 포함한다.

다른 측면에서, 발명은 철염을 포함하는 일차 보유챔버; 산화제를 포함하는 이차 보유챔버; 철염과 산화제를 조절가능하게 첨가하여 혼합물을 형성할 수 있도록 하는, 일차 보유챔버 및 이차 보유챔버와 조절가능하게 연결된 혼합챔버; 혼합물을 일정시간동안 보유하고, 철산염을 합성하는, 혼합챔버와 조절가능하게 연결된 반응챔버; 및, 철산염을 인접한 이용부위로 이동시킬 수 있도록 하는 반응챔버의 출구(output opening)를 포함하는, 철산염을 연속적으로 합성하는 시스템에 관한 것이다.

어떤 실시태양에서, 염기는 본문에 기재된 바와 같이 혼합물로 가해진다. 철염, 산화제, 혼합챔버 및 반응챔버는 본문에 기재된 바와 같다.

특정의 실시태양에서, 본 발명의 장치는 일차 및 이차 보유챔버의 하류, 혼합챔버의 상류에 펌프를 추가로 포함한다. 다른 실시태양에서, 장치는 혼합챔버의 하류에, 반응챔버의 상류에 펌프를 추가로 포함한다.

도 1은 액상 생산 장치의 실시태양을 나타낸다. 도는 두 개의 보유챔버 101을 도시하고 있다. 발명의 다른 실시태양은 초기에 첨가된 성분의 수에 따라, 부가의 보유챔버를 전시할 수 있다. 발명의 어떤 실시태양은 오직 하나의 보유챔버 101만을 전시할 수 있다. 보유챔버는 혼합챔버 103에 연결되어 있다. 어떤 실시태양에서, 보유챔버 101과 혼합챔버 103 사이의 물질의 흐름은 조절할 수 있다. 흐름은 각 보유챔버 101 뒤의 펌프 또는 밸브(107)에 의하여 조절되거나 또는 혼합챔버 103 앞의 펌프 또는 밸브(109)에 의하여 조절되거나 또는 그들의 상호협조에 의하여 조절된다. 특정의 실시태양에서, 어떤 펌프나 밸브도 보유챔버 101과 혼합챔버 103 사이에 존재하지 않는다.

혼합챔버 103은 반응챔버 105에 연결되어 있다. 어떤 실시태양에서, 혼합챔버 103과 반응챔버 105 사이의 물질의 흐름은 조절될 수 있다. 그 흐름은 혼합챔버 103 뒤의 펌프 또는 밸브(111)에 의하여 조절될 수 있다. 특정의 실시태양에서, 어떤 펌프나 밸브도 혼합챔버 103과 반응챔버 105 사이에 존재하지 않는다.

반응챔버 105는 출구 115로 연결되어 있다. 전기 출구를 통해서, 반응의 생산물이 이용부위로 이동된다. 반응챔버 105로부터 출구 115로의 흐름은 조절될 수 있다. 조절은 펌프 또는 밸브(113)의 사용을 통해 이루어진다. 특정의 실시태양에서, 어떤 펌프나 밸브도 반응챔버 105와 출구 115 사이에 존재하지 않는다.

도 1A에서 도시하고 있는 바와 같이, 특정의 실시태양에서, 보유챔버 101은단일 파이프, 다시 말해, 혼합챔버 103 앞의 T-연접부(junction)를 통해 혼합챔버 103과 연결된다. 그러나, 도 1B에서 도시하고 있는 바와 같이, 특정의 다른 실시태양에서, 각 보유챔버 101은 혼합챔버 103에 분리되어 연결되어 있다.

어떤 실시태양에서, 본 발명의 장치는 또한 온도조절단위를 나타낸다. 온도조절단위는 보유챔버 101, 혼합챔버 103, 반응챔버 105, 또는 그의 조합의 온도 또는 전체 장치의 온도를 조절한다. 이들 요소(component)는 상온에서, 상온 이상의 온도에서, 또는 상온 이하의 온도에서 반응조건과 고려되는 특정 용도의 필요에 따라 유지된다. 어떤 실시태양에서, 장치의 다양한 부분은 다양한 온도에서 유지되고, 또한, 장치를 위하여 하나 이상의 온도조절단위를 필요로 한다.

특정의 실시태양에서, 혼합챔버 103은 단순히 보유챔버 101을 반응챔버 105로 연결하는 파이프이거나 또는 호스일 수 있다. 어떤 다른 실시태양에서, 반응챔버 105는 단순히 혼합챔버 103을 출구 115로 연결하는 파이프이거나 또는 호스일 수 있다. 그러므로, 발명의 일실시태양에서, 전체 장치는 보유챔버 101을 출구 115로 연결하는 파이프 또는 호스를 포함할 것이다.

B. 고상 생산 장치

다른 측면에서, 본 발명은 보유챔버; 보유챔버와 조절가능하게 연결되어, 보유챔버의 내용물의 일부분이 이동되는 이동부(mover); 이동부의 적어도 일부분이 이동되는 열챔버; 이동부의 내용물이 열챔버에 인접한 이용부위로 이동되기에 적합한 열챔버의 출구를 포함하는 철산염을 연속적으로 합성하는 장치에 관한 것이다.

특정의 실시태양에서, 이동부는 컨베이어 벨트를 포함한다. 벨트는 상온 이상의 높은 온도에 견딜 수 있는 물질로 제조되었다. 이러한 물질은 고무, 스틸, 알루미늄, 유리, 자기 등을 포함하지만, 이에 제한되지는 않는다.

발명의 실시태양의 어떤 부분은 보유챔버와 이동부 사이에 혼합기를 추가로 포함하는 장치에 관한 것이다.

다른 실시태양에서, 열챔버는 온도조절장치를 추가로 포함한다.

발명의 다른 실시태양은 열챔버의 출구 뒤에 저장챔버를 추가로 포함하는 장치에 관한 것이다. 그러므로, 컨베이어 벨트는 가열된 혼합물을 저장챔버에 놓아두고, 이어 가열현상이 일어난다.

본 발명의 장치의 일실시태양이 도 2에 도시되었다. 출발물질은 보유챔버 201로 가해진다. 발명의 어떤 실시태양은 오직 하나의 보유챔버 201만을 전시하는 반면, 어떤 실시태양은 둘 또는 그 이상의 보유챔버 201을 전시한다. 출발물질은 결합되고, 출발물질을 열챔버 205를 통해 이동시키는 벨트 203으로 가해진다. 출발물질은 벨트 203에 놓여지기 전에 결합되거나 또는 그들이 분리되어 놓여진 후에 벨트 203에서 혼합될 수 있다.

도 2에 도시된 실시태양은 보유챔버가 속이 빈 단일 파이프로, 출발물질을 입구 211을 통해 벨트 203으로 보내는 것을 나타낸다. 그러나, 다른 실시태양에서, 각 보유챔버는 벨트 203이 그의 내용물을 벨트 203으로 분리하여 보낼 수 있다.

어떤 실시태양에서, 보유챔버 201과 벨트 203 사이의 물질의 흐름은 조절할수 있다. 흐름은 보유챔버 201 뒤의 펌프 또는 밸브(207)에 의하거나, 또는 출구 211 앞의 펌프 또는 밸브(209)에 의하거나, 또는 그들의 상호협조에 의하여 조절된다. 특정의 실시태양에서, 어떤 펌프나 밸브도 보유챔버 201과 출구 211 사이에 존재하지 않는다.

특정의 실시태양에서, 출발물질은 벨트 203으로 직접적으로 가해진다. 그러나, 다른 실시태양에서, 출발물질은 벨트 위에 위치한 컨테이너로 가해진다. 출발물질은 컨테이너가 벨트 위에 위치하기 전에 컨테이너로 가해지거나 또는 출발물질이 가해지기 전에 컨테이너를 벨트에 위치시킬 수 있다.

열챔버 205는 온도에 열을 가하여 실온 이상으로 높이는 가열단위를 포함한다. 다양한 가열단위가 당업계에 알려져 있다. 도 2에서, 열챔버 205는 실린더로 도시되었으나, 당업계의 숙련가들은 열챔버가 입방체 또는 구형 또는 그와 유사한 어떠한 모양이라도 가질 수 있음을 인식하고 있을 것이다. 가열단위 205는 또한 온도조절단위를 전시할 수 있다.

가열단위를 통하는 벨트의 속도, 가열단위의 길이, 가열단위의 온도는 철산염의 필요수율(necessary yield)을 수득하기 위한 작동부로 조절할 수 있다. 그러므로, 본 발명의 장치는 혼합물에서 가열단위(213)의 출구쪽에 혼합물 내 철산염의 수율을 결정할 수 있는 질적 조절장치를 전시할 수 있다. 질적 조절장치는 화학적 센서, 광화학적 센서, 분광학적 센서 또는 그와 유사한 것들일 수 있다. 질적 조절장치는 가열단위를 통하는 벨트의 속도 및/또는 가열단위의 온도를 조절할 수 있는 컴퓨터에 연결될 수 있다. 그러므로, 철산염의 수율이 매우 낮은 경우, 장치는자동적으로 벨트의 속도를 감소시키거나 및/또는 가열단위의 온도를 증가시킬 수 있다. 이와 마찬가지로, 철산염의 수율이 매우 높은 경우, 장치는 자동적으로 벨트의 속도를 증가시키거나 및/또는 가열단위의 온도를 감소시킬 수 있다. 다른 실시태양에서, 질적 조절장치는 장치의 작동부로 신호를 발생시키고, 작동부는 수동으로 벨트의 속도 및/또는 가열단위의 온도를 조절할 수 있다.

가열단위 213의 출구쪽에서, 철산염은 벨트 203으로부터 제거되고, 이용부위로 전달된다. 어떤 실시태양에서, 철산염은 단순히 벨트 203으로 낙하되거나, 출구 215를 통해 이용부위로 물질을 전달할 수 있는 수용챔버 217로 이동된다. 다른 실시태양에서, 철산염이 컨테이너 내에 존재하는 경우, 컨테이너는 벨트로부터 제거되고, 내용물은 수용챔버로 자동적으로 또는 수동적으로 이동된다.

철산염을 벨트 203으로부터 제거한 후, 벨트 203은 보다 많은 철산염을 수용하기 위하여 구부러지고, 공정을 반복한다.

C. 전기화학적 생산 장치

또 다른 측면에서, 본 발명은 철염 용액을 철산염 용액으로 변환시키기에 충분한 전류를 제공하는 최소한 두 개의 전극 및 철염 용액을 포함하는 혼합챔버; 일정 시간동안 철산염 용액을 보유하고, 혼합챔버와 조절가능하게 연결된 반응챔버; 및, 혼합물을 전기 반응챔버에 인접한 이용부위로 이동시키기에 적합한 반응챔버의 출구를 포함하는, 연속적으로 철산염을 합성하는 장치에 관한 것이다.

일실시태양에서, 혼합챔버는 기계적 교반기를 추가로 포함한다.

일실시태양에서, 혼합챔버는 혼합챔버는 혼합물이 통과하면서 혼합될 수 있도록 배치된 관을 추가로 포함한다.

전기 실시태양 중의 어느 하나에서, 혼합챔버는 온도조절장치를 추가로 포함한다.

본 발명의 다른 일실시태양은 혼합챔버의 하류에, 반응챔버의 상류에 펌프를 추가로 포함한다. 상기 펌프는 혼합챔버에서 반응챔버로의 물질의 흐름을 조절할 수 있다.

본 발명의 다른 일실시태양에서, 반응챔버는 혼합챔버와 출구 사이에 위치한 관을 포함한다.

본 발명의 장치의 일실시태양이 도 3에 도시되어 있다. 상기 도는 보유챔버(301)을 도시한다. 본 발명의 다른 실시태양은 초기에 첨가된 성분의 수에 따라, 부가의 보유챔버를 전시할 수 있다. 본 발명의 다른 일실시태양은 둘 또는 그 이상의 보유챔버(301)를 전시할 수 있다. 보유챔버는 반응챔버(303)와 연결되어 있다. 본 발명의 다른 일실시태양에서, 보유챔버(301)와 반응챔버(303) 사이의 물질의 흐름은 보유챔버(301) 뒤의 펌프 또는 밸브(307)에 의하여 조절될 수 있다. 하나 이상의 보유챔버(301)가 있다면, 상기 흐름은 각 보유챔버(301) 뒤의 펌프 또는 밸브(307)에 의하거나, 반응챔버(303) 앞의 펌프 또는 밸브에 의하거나 또는 그들의 상호협조에 의하여 조절될 수 있다. 다른 일실시태양에서, 어떠한 펌프나 밸브도 보유챔버(301)와 반응챔버(303)사이에 존재하지 않는다.

반응챔버(303)는 최소한 두 개의 전극(321)을 포함한다. 상기 전극은 와이어(319)를 통해 전원(317)과 연결된다. 전원(317)은 직류 또는 교류 전원이 될 수 있다. 상기 전극(321)과 전원(301)에서 발생된 전력은 +4 이하의 산화상태에서 전기화학적으로 철을 산화시켜서 철산염을 형성할 수 있다. 다른 일실시태양에서, 하나의 전극은 철 전극으로서, 전극과 철산염의 제조를 위한 철공급원의 역할을 수행한다. 상기 전극이 철 전극이라면, 전기 장치에서 보유챔버(301)를 가질 필요가 있을 수도 있고 없을 수도 있다. “철 전극(iron electrode)"은 철을 포함하는 전기적인 전도성 물질을 포함한다.

반응챔버(303)는 출구(315)와 연결되는데, 이를 통하여 반응 생산물이 이용부위로 전달된다. 반응챔버(303)에서 출구(315)로의 흐름은 조절될 수 있다. 상기 조절은 펌프 또는 밸브(313)의 사용에 따른다. 다른 일실시태양에서, 어떤 펌프 또는 밸브도 반응챔버(303)와 유출구(315) 사이에 존재하지 않는다.

다른 일실시태양에서, 반응챔버(303)와 출구(315) 사이에 이차 보유챔버(305)가 존재한다. 이차 보유챔버는 철산염의 생산시간과 소비시간 사이에 생산된 철산염을 저장하는 역할을 한다. 반응챔버(303)와 이차 보유챔버(305)사이에서의 흐름은 펌프 또는 밸브(311)를 사용하여 조절된다.

다른 일실시태양에서, 또한, 본 발명의 장치는 온도조절단위의 특징을 나타낸다. 온도조절단위는 보유챔버(301), 반응챔버(303), 이차 보유챔버(305), 또는 이들의 조합물의 온도 또는 전체 장치의 온도를 조절한다. 이들 요소는 상온에서, 상온 이상의 온도에서, 또는 상온 이하의 온도에서 반응조건과 고려되는 특정 용도의 필요에 따라 유지된다.

IV. 철산염의 정제/분리

본 발명의 방법에 의하여 생성된 철산염은 실질적인 정제없이 이용될 수 있다. "실질적인 정제(substabtial purification)"란 용액내 철산염의 순도가 90% 이상이 되게 하는 정제단계를 의미하고, 다시 말해, 실질적으로 순수한 철산염 용액은 철산염 및 그의 상대이온을 포함하는 용질의 99% 이상을 포함하는 용액이다.

그러나, 본 발명의 방법에 의하여 생성된 철산염 용액은 어쨌든 정제단계나 분리단계를 거칠 수 있다. 예를 들면, 철산염 용액은 용해되지 않은 고체를 제거하기 위하여 여과될 수 있다. 여과는 여과구(filter pore)를 통과할 수 없을만큼 큰 입자를 제거할 수 있는 물리적 여과이거나 또는 필터의 표면에 입자를 포획할 수 있는 표면여과 또는 하나 또는 그 이상의 여과 공정의 조합일 수 있다.

철산염은 이온교환 정제를 이용하여 정제될 수 있다. 전기 공정에서, 철산염 이온은 고체 상태의 물질에 가역적으로 결합하고, 컬럼은 원하지 않는 불순물을 제거하며, 이때, 철산염은 컬럼으로부터 분리된다. 이온교환 컬럼의 고체상태의 물질은 통상적으로 사용되는 고체상태의 물질의 어느 것이거나 또는 목적을 위하여 고안된 물질일 수 있고, 진흙, 제올라이트, 유기인산염(phosphonate), 티탄산염(titanate), 헤테로폴리산 염(heteropolyacid salt), 적층된 두 수화물(layered double hydroxide), 무기수지(inorganic resin), 유기수지(organic resin), 및 겔-타입 교환제(exchanger, 예를 들면, 다양한 메쉬크기의 작은 비드), 및 탄소성(carbon-based) 무기 교환제를 포함하지만, 이에 제한되지는 않는다. 추가적으로, 무기물은 철산염을 정제하기 위한 합성(composite) 교환제를 제조하기 위하여, 유기수지로 삽입될 수 있다.

철산염의 정제에 이용되는 막(membrane)은 유기 다량체성 물질 등의 물질로 제조될 수 있다. 막 물질은 셀룰로오스 또는 폴리아미드(예를 들면, 완전하게 방향성인 폴리아미드 TFC 막)일 수 있다. 다른 막은 마이크로여과막, 울트라여과막 및 무기 나노여과 막을 포함하지만, 이에 제한되지는 않는다. 이러한 막은 일반적으로 유리, 세라막 또는 탄소로 제조된다.

철산염은 직류의 전기장이 한쌍의 전극을 통해 응용되는 동안, 직접 전기장 기술로 정제될 수 있다. 액체 상에 있는 철산염 이온은 전류의 활동 하에 원하는 위치로 이동되고, 사용되기 위하여 그곳에서 배출된다. 전기장 활동 하에서의 철산염의 이동은 전기적 이동(electromigration), 전기적 삼투(electroosmosis) 또는 전기영동(electrophoresis)이 될 수 있다.

본 발명의 방법에 의하여 생산된 철산염용액은 침강탱크(sedimentation tank)에 일정 시간동안 저장될 수 있는데, 이때, 상층액은 버려지거나 또는 배출된다. 철산염 용액은 또한 원심분리기를 통해 배출되는데, 원심분리기는 용액을 공전(spin)시켜 용액 내 무거운 입자는 바닥으로 가라앉히고, 정제된 철산염을 포함하는 상층액은 추후의 사용을 위해 분리시킨다.

특정의 다른 실시태양에서, 본 발명의 방법에 의하여 생산된 철산염은 추후의 사용을 위하여 막에 봉입된다. 막은 분자적 체(molecular seives), 진흙, 자기 또는 철산염에 의한 산화에 영향받지 않는 다른 다공성의 물질일 수 있다. 또한,철산염을 사용하기 위하여, 막의 적어도 한 부분은 처리되어야 할 수용성 또는 가스성의 혼합물과 접촉된다.

막은 약간 수용성이어서, 그의 일부분은 용해되고, 보다 많은 철산염은 처리되어야 할 수용성의 혼합물에 노출된다. 이러한 실시태양에서, 철산염의 사용은 막 층의 용해도에 의하여 정의되는 방출시간, 시간-방출적인 방식(time-release manner)으로 수행될 수 있다.

본문에 개시된 장치는 또한 본문에 개시된 정제방법과 일치하게 철산염을 정제하는 정제 요소를 포함할 수 있다.

V. 철산염의 이용

또 다른 측면에서, 본 발명은 이용부위에 인접하게 위치한 반응챔버에서 연속적으로 철산염을 생성하는 단계를 포함하는, 하나 이상의 불순물을 가지는 수성 혼합물을 이용부위에 처리하고; 이용부위에서 수성 혼합물과 철산염을 접촉시켜 적어도 일부분의 불순물을 산화시키는 방법에 관한 것이다.

어떤 실시태양에서, 전기 불순물을 생물학적 불순물, 유기 불순물, 무기 불순물, 황-포함 불순물, 또는 그의 결합물로 구성된 그룹으로부터 선택하였다. 다른 불순물들을 이 문서에 기술하고 있다.

용액 또는 시스템에 존재하며, 이러한 용액 또는 시스템의 어떤 조성물로 존재한다고 정의된 "불순물(impurity)"은 이러한 용액 또는 시스템의 예상되는 이용물이 아니다. 생물학적 불순물은 생물에서 기원한 것이다. 따라서, 식물 또는 동물로부터 유래된 어떤 세포, 세균, 바이러스, 조직 등 또는 그의 조성물은 생물학적 불순물이라고 한다. 유기 불순물은 적어도 하나의 탄소 원자를 포함하는 화학 화합물이다. 무기 불순물은 탄소 원자를 포함하지 않는 화학 화합물이다. 황-포함 불순물은 적어도 하나의 황 원자를 포함하는 것이다. 질소-포함 불순물은 적어도 하나의 질소 원자를 포함하는 것이다. 금속 불순물은 주요 그룹 금속, 전이 금속 또는 f-블럭 금속으로써 적어도 하나의 금속을 포함하는 것이다. 방사성 불순물은 알파, 베타 또는 감마 입자를 방출하여 방사성 부식을 일으키는 것이다. 이 분야의 기술에서 알 수 있는 것은 특정한 불순물은 상기에서 나열한 하나 이상의 범주에 속할 것이다. 예를 들면, 물 안의 칼슘 EDTA 불순물은 유기 불순물, 질소-포함 불순물 및 금속-포함 불순물이다.

처리방법에 이용하기 위한 철산염은 이 문서의 앞쪽에서 언급한 방법, 즉 화학 생성, 고체상태 생성 또는 전기화학 생성의 방법중 하나에 의해 생성하였다.

상기 방법으로 생성된 철산염을 처리할 수성 혼합물과 접촉시켰다. 어떤 실시태양에서, 접촉단계는 수성 혼합액의 유출물에 철산염을 추가하는 단계를 포함한다. 이미 다른 실시태양에서, 접촉단계는 철산염을 포함하는 고정 컨테이너와 수성 혼합물의 유출물을 접촉시키는 단계를 포함한다.

일반적으로, 본 발명의 방법에 의해 생성된 철산염은 어느 알려진 방법과 관련해서 또는 어느 알려진 목적으로 이용될 수 있다. 특히, 본 발명의 방법에 의해 생성된 철산염은 산화제, 응결제, 및/또는 응고제로 유용하다. 특히, 본 발명의 방법으로 생성된 철산염의 잠재적 이용은: 산업용 전해조(electrolytic bath)의 색제거; 탄소 일산화물(carbon monoxide) 및 수소(hydrogen)로부터의 환원한 탄화수소(hydrocarbon)를 생성하는 피셔-트롭시 과정(Fischer-Tropsch process)을 위한 촉진제 제조; 헤미셀룰로스(hemicellulose)의 정제; 알켄(alkene), 알킬 측쇄(alkyl side chain), 유기 황 화합물, 티올(thiol), 술핀 산(sulfinic acid), 유기 질소 화합물, 카르복실 산(carboxylic acid), 할로겐 화물(halide), 알코올 및 알데하이드 및 산화결합물의 선택적 산화; 물, 폐수, 및 하수처리의 일반적인 산화제; 살생물제(biocide) 또는 살바이러스제(virocide)로서의 소독; 항-부식 페인트 첨가물; 파이프 가스의 질산제거; 건전지의 인산화효소; 폐수로부터 시안화물(cyanide) 및 티오시안산염(thiocyanate)의 해독; HNC 및 발암성 분자를 제거하기 위한 담배 필터; 종이산업으로부터 다른 폐수 용액 및 위험폐기물을 위한 산화제; 저압 가스 유출물로부터 수소 황화물의 제거에서의 오염조절; 위험산물이 함께 생성되지 않으며, 식수 및 폐수에서 나프탈렌(naphthalene), 니트로벤젠(nitrobenzene), 디클로로벤젠(dichlorobenzene) 및 트리클로로에틸렌(trichloroethylene)과 같은 변이 및 발암성 물질과 함께 오염물의 제거; 구조 경화제로 시멘트에 첨가; 세균세포 제거단계로서 대장균(E. coli), 살모넬라(Salmonella), 시겔라(Shigella) 및 다른 배설물의 대장균(fecal coliform)을 불활성화시키기 위한 소독; 스트렙토콕커스(Streptococcus) 및 스타필로콕커스(Staphylococcus)의 제거; 전력설비(electric power plant) 및 선상 냉각시스템(shipboard cooling system)에서 미생물에 의해 형성된 점액필름(slime film)의 제거를 위한 비-부식 산화제로 생물연료조절(biofouling control); 산화응고과정에서 식수내의 세균, 중금속(heavy metal) 및 무기물의 제거; "녹스(knox)" 과정에서 산성가스(sour gas)로부터 수소 황화물의 제거; 밀짚에서 글루코스 및 에탄올을 생성시키기위한 농업잔류물의 탈리그린(delignification); 고 폴리머 결합 내용물(high polymer binder contents)을 가지는 탄력성이 있는 플라스틱을 위한 바륨(barium) 및 스트론튬(strontium) 철산염의 마그네틱 주입재(magnetic filler); 크롬(VI) 및 KMnO₄와 같은 다른 산화제의 보조제; 시안화물 및 티오시안산염을 포함하는 폐수의 정화; 소결물 요로 탈가스(sinter furnace off-gas)의 질소제거; 아연설비(zinc plant)용 용액의 불순물 제거; 페놀, 황산염(sulfite) 및 티오황산염(thiosulfate)의 산화적 파괴; 스팀 가스화 단계에서 불순물을 제거하기 위해 석탄을 태우는 촉진제로 사용; 분쇄 바퀴의 구성성분; 수분을 뺀 필름을 위한 유동형태에서의 에칭제(etching agent); 및 강자성 특성이 필요한 전기분야에서 이용하기 위한 토금속(earth) 철산염을 싸는 도자기가 포함된다. 상기의 응용 및 다른 응용은 데닝헐의 미국특허번호 제 5,202,108, 5,217,584 및 5,370,857에서 기술하였다.

추가의 철산염의 이용은 하기에서 기술하였다.

A. 폐수처리

상기에서 언급한 것과 같이, 특히, 물 및 폐수처리 응용을 위한 안전하고, 저렴하며 "환경 친화적(environmentally friendly)"인 산화제의 개발이 필요하다.위험한 유기 및 무기 화합물을 포함하는 산업 및 도시폐수 처리는 중요한 연구의 시도이다. 일반적으로 오염제거를 위한 몇가지의 방법은 흡착(adsorption), 응집(coagulation), 생분해(biodegradation), 화학분해(chemical degradation) 및 광분해(photodegradation)를 포함한다. 화학분해는 수처리를 위한 가장 쉬운 방법일 뿐만 아니라 종종 경제적으로도 가장 적합하며 일반적으로 염소, 차아염소산염 및 오존과 관련이 있다. 효과적이긴 하지만, 이러한 산화제는 종종 유독한 역효과를 가진다. 염소 및 오존은 유독하며 높은 부식 가스이다.

차아염소산염은 일반적으로 고체로서 또는 수용액내에 제공된다; 그러나, 그것은 염소가스를 이용해서 생성시키며 열 또는 화학적 실수에 따라 염소로 빠르게 분해될 수 있다. 또한, 소규모 작동에서 수처리를 위한 염소로서 차아염소산염인 OCl^-를 이용하지만, 고가인 단점이 있다.

추가로, 높은 독성때문에 염소 또는 차아염소산염의 조작은 작업자에게 잠재적인 위험을 줄 수 있다. 산화제를 포함하는 염소 및 염소의 주요한 단점은 염소가 초과되었을때 대부분이 잠재적 변이 또는 항암성인 염소화 산화산물(예를 들면, 클로랄로스(Chloramine), 염소화 향료(chlorinated aromatics), 염소화 아민(amine) 또는 탄화수소)을 생성할 수 있으며 근원 오염물보다 더 강한 독성을 가지며/가지거나 제거가 더 어려워 질 수 있다. 이러한 화합물은 잠재적으로 사람들의 건강에 위협을 주므로, 염소이용이 자제되어야 한다.

본 발명의 방법에 의해 생성된 철산염은 폐수, 하수 또는 찌꺼기 처리에 이용할 수 있다. 유기 또는 무기 화합물 및 세포, 세균, 바이러스 등과 같은 생물학적 실재물과 철산염이 반응한다는 것은 이 분야에서 잘 알려져 있다. 이러한 반응에서, 기질은 생물학적으로 불활성화된 산물로 산화된다. 이러한 철산염 분자 자체는 Fe(OH)₃또는 Fe(III) 염으로 용액에서 침전되는 Fe(III)로 환원된다. 염을 포함하는 철은 쉽게 여과될 수 있으며, 독이 없는 부산물을 포함하는 철이 없는 물에 남을 수 있다.

Escherichia coli, Salmonella,및Shigella는 장내세균의 모든 구성원이다. 이러한 세균 및 이 분야에서 잘 얄려진 어떤 다른세균들은 간균 형태의 그람-음성 편성 혐기성 세균으로 존재하는 것을 포함하는 유사한 물리적 특성을 가진다.E. coli는 오랫동안 수 시스템에서 찌꺼기 오염의 지표로서 사용되어 왔으며 이러한 특별한 조직에 이용할 수 있는 소독에 관한 문헌이 많이 있다. 철산염은 청정 시스템에서 현탁된 세균 매체에 효과적인 살생물제이다. 철산염은 상당히 낮은 농도에서 몇가지 알려진 병원균을 신속하게 불활성화시키는 능력을 가진다.

또한, 철산염은 F2 바이러스와 같은 바이러스의 효과적인 소독제이다. 또한, 철산염은 그것의 항바이러스 활성에 대해서 연구가 되었으며 바이러스를 불활성화시키는데 효과적이라고 밝혀졌다(참조: Kazama, Wat. Sci. Tech. 31(5-6), 165-168(1995)). 철산염은 또한 수 및 폐수 처리공장에서 이용하기에 적합한 철산염 농도로 대부분의 장내 병원균을 불활성화시키고 수 시스템에서 탁도를 응고시킨다.

또한, 철산염의 살생물제 특성이 연구되었다(참조: Y. Yamamoto, Mizu Shori Gijutsu, Vol. 24, p, 929(1983)). 수 처리제로서의 응용에 대한 철산염의 중요한 특성은 잠재적 살생물제로서의 활성을 가지는 능력이다. 철산염은 산도에 따른 대장균군의 제거로, 도시의 하수처리 과정뿐 만 아니라 강물 처리의 소독제로서 이용되었다.E. coli및sphaerotilus에 대한 효과적임을 나타내었다(참조: F. Kazama, J. Ferment. Bioeng., Vol. 67, p.369(1989)). 또한, 철산염은 처리된 하수 및 강물에서 대장균군을 제거하기 위해 사용되었다(참조: F. Kazama and K. Kato, Hamanashi Daigaku Kogakubu Kenkyu Hokoku, Vol. 35, p.117(1984)).

추가로, 철산염은 수처리 설비의 이차 폐기물에서 암모니아를 산화시키기 위해 사용될 수 있다. 이러한 주요한 산화산물은 질소이며 또한 어떤 아질산염(nitrite)도 생산물에 존재한다. 이러한 두개의 산화산물은 환경 친화적이다.

철산염의 상기 특성은 도시 또는 산업 수처리 설비에 이용될 수 있다. 철산염 생성장치는 수처리 공장에 아주 인접하게 설치될 수 있다. 도시의 하수도 또는 산업 폐수라인의 폐기물은 그 부위에서 바로 생성된 철산염과 혼합된다. 철산염 생성장치는 폐수에 존재하는 모든 폐기물과 반응해야 할 필요에 따라 대량 또는 소량의 철산염을 생성할 수 있다.

철산염은 효과적인 소독제이므로, 식수의 대량의 염소처리법 대신에 이용할 수 있는 잠재력이 있다. 오염의 증가에 따라, 도시/산업 폐수량 뿐만아니라 "소(small)"량의 식수에 안전하게 이용할 수 있는 물 정제 약품이 필요하다. 이러한 정제 약품은 산화를 통해 용해된 유기 오염물질을 적어도 부분적으로 파괴하고 마지막 단계로서, 용액에서 그것을 제거하기 위해서 현탁된 미립자물질, 중금속(방사성 동위원소 포함) 및 응결화를 통한 어떤 유기물을 이상적으로 제거하고 소독할 수 있어야 한다. 여기서의 한-단계 정제 약품은 FeO₄ ^2-, 철산염이다. 이러한 이온은 기존의 두-단계, 염소화/철 황화물, 응결화기술과 성공적으로 경쟁할 수 있으며, 독성 또는 발암성 할로겐화 유기물의 생성을 막을 수 있다.

철산염은 다목적의 산화제-응고제의 특성을 가지므로, 화학 및 약물회사에서 생성되는 페기물처리에 매우 유리하다. 이러한 회사는 그 과정에서 이용되고 생성되는 오염물질을 청정하기 위해 매년 막대한 달러를 소비한다. 이러한 회사에서 생성되는 폐기물 거의 대부분은 도시의 하수시스템에서 분리될 수 있는 찌꺼기 물, 철산염에 의한 비교적 비유독성의 부산물을 산화시킬 수 있으며 어떤 특별한 주의없이 처리될 수 있다. 따라서, 유기물, 무기물 또는 생물학적 불순물로 이루어진 폐수를 생성하는 회사는 그 폐기물 라인의 끝에 철산염 생성장치를 설치할 수 있다.

도시의 하수 시스템은 특수한 문제점을 가지고 있다. 대부분이 예상되는 유기 또는 생물학적인 폐기물의 부담을 가지고 있다. 하수 공장들은 큰 물질은 여과를 하더라도, 그 이후에 남게 되는 용액 폐기물을 처리해야 한다. 일반적으로, 폐수 공장들은 유기 화합물에 친화력을 가지는 활성화된 옥탄 또는 다른 여과기를 통해서 폐수를 여과하거나 또는 생물학적으로 폐수를 처리한다. 이러한 과정은 느리며 비용이 많이 든다. 폐수를 유입하는 이러한 공장의 느린 반응은 종종 폭풍이 부는 동안에 하수가 범람하는 결과를 가져온다. 연안 지역에서는 바다 또는 호수 근방으로 정화처리 되지 않거나 비 처리된 하수가 유입되어 환경 손실의 원인을 제공하는 결과를 가져온다. 산화제는 원하지 않는 폐기물을 신속하게 제거하기 위해 쉽게 이용할 수 있지만, 시장에서 실질적으로 이용할 수 있는 산화제는 엄청나게 고가이거나 때때로 폐수 그 자체보다 환경적으로 더욱 위험한 부산물을 생성한다.

또한, 도시의 위생 하수 시스템 및 처리설비, 및 산업 폐기물 처리 공장은 H₂S 조절을 위한 새로운 방법이 필요하다. 폐수 처리에서 현행하는 주요한 문제점중의 하나는 수소 황화물 가스, H₂S와 접촉할 때 공장구조의 심각한 부식 또는 공기와 접촉한 후의 그것의 산화 산물이다. 또 다른 중요한 문제점은 H₂S에 짧은 시간동안 노출이 되더라도 건강상의 위험이 있다는 것이다; 이러한 노출이 위생 폐수 작업자들의 죽음의 원인을 제공했음이 기록되었다. H₂S 가스의 방출이 가지는 또 다른 주요한 문제점은 그것에 노출될 때, 불쾌감의 원인을 제공하는 연료 냄새이다.

철산염은 다양한 폐수 처리의 응용에 유용하다고 알려져 있다. 철산염 산화 및 폐수 처리에서의 응용은 몇 가지의 산업 응용, 특히 많은 수의 유기 및 무기기질과 함께 철산염을 이용한다는 것이 연구되어 왔다(참조: J.D. Carr, P. B. Kelter, A. Tabatabai, D. Spichal, J. Erickson, and C. W. McLaughlin, Proceedings of the Conference on Water Chlorination and ChemicalEnvironmental Impact Health Effects, pp. 1285-88(1985)). 폐기물 처리에 있어서 철산염의 응용력은 그의 산화적 능력뿐만 아니라 부드러운 털가루 모양의 섬유 형성, 소독 특성 및 일반적으로의 개선 능력과 같은 다목적 특성과 관련이 있다.

철산염을 이용한 지하수의 직접여과는 수로 설비 수준으로 연구되었다(참조: T. Waite, Environ. Sci. Technol., Vil. 17, p.123(1983)). 생물연료조절이 연구되었다(참조: R. L. Bartzatt and D. Nagel, Arch. Env. Health, 1991, Vol. 46(5), pp. 313-14(1991)). 철산염의 응집 특성은 탁도 제거를 위해 유용하다고 밝혀졌다(참조: S. J. de Luca, C.N. Idle, A. C. Chao, Wat. Sci. Tech. 33(3), 119-130(1996)). 연구에서는 모델 응축기에 10^-5M 용액의 철산염을 하루에 두번, 5분동안 처리하면, 생필름(biofilm)의 성장이 억제된다고 밝혔다(참조: T. Waite, M. Gilbert, and C. Hare, Water Tech/Qual., pp. 495-497(1976)).

철산염이 잠재적으로 발암성을 가지는 니트로사민(nitrosamine)을 폐수에서 산화적으로 파괴한다고 기록되었다(참조: D. Willams and J. Riley, Inorg. Chim. Acta, Vol. 8, p. 177(1974)).

비교적 소량의 철산염이 집안의 이차 폐수에서 BOD(생물학적 산소 요구량) 및 TOC(총 유기탄소)를 크게 줄인다고 밝혀졌다(참조: F. Kazama and K. Kato, Kogabkubu Kenkyu Kokou, Vol. 35, pp. 117-22(1984)).

철산염은 도시에서 발생하는 밀 폐수 및 하수침전물의 처리에 이용할 수 있다. 125 내지 1000 mg의 K₂FeO₄/L를 처리하면 고 분자량 유기물의 부분적인 산화에의해서 COD_Mn이 현저하게 감소한다고 밝혀졌다. 철산염을 처리한 후의 자외선 분광(UV spectrum)의 감소는 철산염이 줄 때 생성된 철(III) 응고의 펄빅(fulvic) 및 휴민산(humic acid)의 제거로 판단되었다(참조: F. Kazama and K. Kato, Kogabkubu Kenkyu Kokou, Vol. 34, pp. 100-4(1984)).

디에틸렌트리아민펜타아세테이트(diehylenetriaminepentaacetate, DTPA), 에틸렌디아민테트라아세테이트(ethylenediaminetetracetate, EDTA), 및 니트릴로아세테이트(nitriloacetate, NTA)와 같은 폴리아미노칼복실레이트(polyaminocarboxylate)는 대부분의 금속과 안전한 복합체를 형성하는 합성 리간드이며 사진현상, 종이생산, 및 섬유염색과 같은 다양한 산업적 응용에 이용된다. 에틸렌디아민디쑥시닉 산(ethylenediaminedisuccinic acid, EDDS)은 변이 금속과 핵사덴테이트 킬레이트(hexadentate chelate)를 형성하며 세척분말과 같은 소모품에 이용한다. EDTA는 핵력 반응장치(nuclear power reactor)의 초기 열 운반 시스템의 화학적 정화를 위한 공식화된 성분이다. 폴리아미노칼복실레이트와 중금속의 존재는 미국의 에너지 분야(Department of Energy, DOE) 여러 사이트에 기록되어 있다. 이러한 폴리아미노칼복실레이트는 다른 안전한 조절 유출물(즉, NTA)과 관련이 있는 생분해력(즉, EDTA)이 약하거나 또는 효율성(즉, 구연산염)이 낮다. 철산염은 폴리아미노칼복실레이트 및 금속-폴리아미노칼복실레이트를 간단한 산물로 퇴화시키는데 이용될 수 있다.

어떤 화합물은 EPA 오염물 후보 서열목록(Contaminat Candidate List, CCL)에 나열되어 있다. 이것은 다이아진(diazine), 이황화물(disulfoton), 포노포스(fonofos), 터부포스(terbufos), 시아나진(cyanazine), 프로메톤(prometon), 1,2-디페닐하이드라진(1,2-diphenylhydrazine), 니트로벤젠(nitrobenzene), 아세토클로(acetochlor), 2,4,6-트리클로로페놀(2,4,6-trichlorophenol), 및 2,4-디클로로페놀(2,4-dichlorophenol)을 포함한다. 이러한 화합물은 철산염에 의해 산화될 수 있다.

가솔린 부가 메틸 터트-뷰틸 에테르(gasoline additive methyl tert-butyl ether, MTBE)는 편재하는 지하수 오염물이다. 미국 지질학 조사 국제 수질 평가 프로그램(U.S. geological Survey National Water Quality Assessment Program)에서 시험한 도시 광천의 27%에서 그것을 확인하였다. 더 최근의 조사에서는 미국 모든 지역의 식수 광천의 5 내지 10%사이에서 MTBE 오염물을 확인하였다. 이것은 펫트로륨-오염된 대수층(petroleum-contaminated aquifer)에서 발견된다. 지하수내의 MTBA는 철산염을 이용해서 비교적 덜 위험한 화합물로 산화 시킬 수 있다.

산업분야에서 대량으로 이용되는 불연성 용매인 트리클로로에틸렌(TCE)는 가장 일반적인 유기 지하수 오염제이며 "인간 발암물질(probable human carcinogen)"로 분류될 수 있다. TCE는 연속적으로 디클로로엔텐 아이소머(dichloroethene(DCE) isomer), 클로로에텐(chloroethene, CE) 및 에텐(ethene)으로 변환된다. 오염된 지하수를 개선시키기 위한 철산염의 이용은 쉽게 성공할 수 있으며 비교적 적은 비용이 소요된다.

펜타클로로페놀(pentachlorophenol, PCP)과 같은 고 염소화 페놀 유도체는미국 환경 보호국(United States Environmental Protection Agency)에 의해 상위의 오염물질로 기록되어 있다. PCP는 주로 목재 보존제 및 일반적인 살생물제로 이용된다. PCP는 의심되는 발암물질이며 그것의 열분해 및 연소 반응산물은 PCP자체보더 강한 독성을 가진다. 철산염은 PCP 분해에 이용될 수 있다.

철산염은 또한 농약산업의 폐기물 유출에도 응용할 수 있다. 농산업의 일반적인 산물의 하나인 제초제 트리플루라린(herbicide trifluraline)은 pre-emergent(창발적), 세포 및 핵 분열 억제제이다. 철산염은 트리플루라린과 같은 화합물을 포함하는 농약 산업의 폐기물 유출에 이용될 수 있다.

섬유 산업에서 유출되는 폐수에 존재하는 염색약이 물을 바람직하지 않은 색으로 변하게 하므로, 특히 환경적 관심이 높다. 이것은 또한 일반적으로 유독한 화합물이며 폐기물 단계에서 발생하는 가수분해, 산화 또는 다른 화학반응을 통한 독성 부산물을 생성할 수 있다. 섬유산업에서 생성되는 여러가지 부류의 섬유 염색약을 분해 및 탈색하기 위해서 철산염을 이용할 수 있다.

약물 및 정교한 화학제조분야에서, 유기물 변환은 전이 금속 화합물을 기준으로한 산화제를 이용해서 자주 실행된다. 합성 방법론에서 가장 큰 문제점중의 하나는 선택적인 산화이다. 예를 들면, 알콜 산화는 특이성 및 선택성이 없는 Cr(VI) 또는 Mn(VII)를 가지고 실행한다. 철산염은 이러한 반응에 선택 및 특이성이 있다. Fe(III) 부산물의 비독성 특성은 철산염을 환경적으로 안전한 산화제로 만든다. 철산염은 유기물 합성에 이용될 수 있으며 산화과정중의 환경으로의 영향을 줄이며 또한 비용을 줄인다("그린 화학(green chemistry)".

티오요소(thiourea) 및 그것의 유도체는 부식 억제제로 알려져 있으며 보일러 및 핵 반응기와 같은 산업 장비에서 발생되는 물때를 세척하기 위한 화학 복합 약물로서 이용된다. 수생조직에 티오요소가 유독성을 가지기 때문에, 그것을 처리하기 전에 보일러 화학 세척 폐기물(boiler chemical cleaning wastes, BCCWs)의 처리가 필요하다. 철산염은 쉽게 BCCWs에서 티오요소 및 그것의 유도체를 제거할 수 있다.

오일 정제소(oil refineries) 및 코크스 조제 설비(coke processing plant)는 화합물을 포함하는 황 및 청산염을 생성한다. 이러한 오염물은 독성이 있으며 환경적으로 강하며, 불쾌한 냄새를 유발한다. 추가로, 그것의 존재는 고 산소 요구량 때문에 환경에 받아들여 질 수 없다. 철산염은 화합물을 포함하는 황 및 청산염과 관계가 있는 냄새를 제거하기 위해 석유 산업 폐기물에 이용할 수 있다.

제공되는 식수는 때때로 망간(II)이 존재하기 때문에 생성되는 냄새때문에 문제가 된다. 망간(II)은 색이 있는 물, 탁도, 염색 및 역겨운 맛과 같은 미학적 문제의 원인이 된다. 망간(II)은 또한 냄새의 문제점을 악화시키는 생물학적 성장을 촉진시킬 수 있다. 망간(II)은 철산염으로 용액 망간(II)을 산화시켜 제거하는데 드물게 용액 산화물 및 수산화물 고체상, 각각 MnOOH(s) 및 MnO₂(s)이다.

근해 및 육지의 생성 작업으로 인하여 생성된 자연 가스 및 정제하지 않은 오일을 회수하는 동안 생성된 물은 유기 및 무기 물질의 혼합물이 복합된 것을 포함한다. 대략적으로, 생성된 물의 12 억 배럴이 미국에서 일년동안 생성되었다.이렇게 많은 양은 주요한 환경 문제의 원인이 된다. 물의 독성 및 적재된 유기물은 환경에 영향을 준다. 철산염의 처리는 생성된 물의 오일 부분의 심각한 독성 및 적재된 유기물 양을 줄일 수 있다.

비소 화합물을 포함하는 물 공급은 세계 보건의 관심사이다. 이미, 몇 만이나 되는 사람들이 비소 독성의 증상을 보이고 있다. 물안의 최대 10 마이크로그램/L의 비소가 세계 보건 기구(World Health Organization) 및 유럽 사회(European Community)에서 추천하는 양이다. 현재 사용하고 있는 방법은 물 공급에서 주위의 비소에 이용하기에는 적합하지 않다. 산화, 흡착 및 침전과 관련이 있는 단계는 물에서 비소를 제거하기 위해 철산염을 이용해 실행할 수 있다.

최근 몇 년동안 지하수 공급 및 음료 외부에 자연 유기 물질(natural organic matter, NOM)의 존재에 대한 관심이 증가하고 있다. 이러한 관심의 한가지 이유는 염소화 방법으로 물을 처리함으로써 생성되는 소독 부산물(DPB's)의 형성과 관련이 있다. 염소화 방법에 의한 NOM의 산화는 대부분이 잘 알려져 있으며 예상되는 발암성 물질인 염소화한 수산화탄소를 생성한다. 철산염은 식수의 DPB's의 양을 줄이는 환경적으로 친화력이 있는 개선 처리제로서의 최고의 잠재력을 가진다. 이러한 과정은 독성 염소화한 유기물을 생성하지 않을 것이며 또한 잠재적으로 DPB's의 생성을 완전히 제거하여 탄소 이산화물의 NOM을 효과적으로 최소화 할 것이다.

철산염 용액은 부식으로부터 철 및 스틸을 보호하기 위한 방법을 개발하기 위해 이용될 수 있다. 이러한 과정은 금속에서 철산염의 얇은 필름을 파괴하여 철산화물을 형성하는 것이 기본이다. 이러한 과정에서, 알칼리성의 금속 철산염 혼합물 및 소량의 약물을 포함하는 알칼리성 용액은 금속표면과 접촉한다.

용액으로부터 고체를 제거하는 방법에서 알루미늄, 제 2철 염소, 및 제 1철 황화물과 같은 금속염을 이용하면 몇가지 단점이 있다. 첫번째로, 금속이온과 물이 결합하면 물을 많이 포함하고 있는 젤라틴 형태의 침전물이 생성되어 탈수의 비용이 많이 든다. 두번째로, 염을 첨가하면 물은 더 강한 산성을 띄게 되며, 염의 응고 특성을 감소시키는 원인을 제공한다. 세번째로는, 금속-인산염 복합체의 형성은 용액내의 인산염의 함량이 줄게되며 결과적으로 세균에 이용할수 있는 인산염이 줄어든다. 이러한 단점이 이 시스템의 생물학적 기능을 상실시킨다. 합성 유기 폴리머는 금속염을 대체하기 위한 일반적인 응고제 및 응결제로 이용된다. 이러한 결과를 얻기 위해서는 대량의 폴리머가 필요하기 때문에 단가를 높이는 결과를 가져온다. 합성 폴리머를 이용하는 것도 또한 몇가지 단점을 가지고 있다. 합성 폴리머는 폴리머의 용해도 때문에 물에 독성 물질을 방출한다. 추가로, 용해도는 또한 온도 및 pH와 같은 환경 요소에 의해 크게 영향을 받는다. 폴리머는 수질에 매우 민감하며 또한 BOD에 적게 영향을 끼친다. 폴리며 및 철산염을 결합하면 유리할 수 있다. 이러한 결합은 응고제가 소량 필요하여 비용면에 있어서 효과적이다. 폴리머-철산염 복합체는 폴리머의 용해도에 의한 독성을 제거하도록 생성할 수 있다. 폴리머-철산염 복합체는 또한 다목적 특성을 가질 수 있으며 수질에 대한 민감성이 적어질 수 있다.

폐수 공장에 위치한 철산염 생성 장치는 이러한 공장에서 직면하고 있는, 상기에서 기술된 모든 문제를 극복하기 위해 이용할 수 있을 것이다. 본 발명의 장치는 저렴한 철산염을 신속하게 생성할 수 있다. 철산염은 폐수의 흐름에 주입될 수 있으며 그것과 혼합하여, 원하지 않는 폐기물을 산화 및 제거할 수 있다. 유기 및 무기 화합물의 철산염 산화는 환경적으로 안전한 부산물이 생성된다. 추가로, 염 부산물을 포함하는 철은 쉽게 폐수에서 제거 및 여과될 수 있다. 이것은 여과기, 활성화된 옥탄 또는 지질학적 반응기로 폐수를 반복적으로 통과시킬 필요가 없으며 유기폐기물을 분해하기 위해 혐기성 세균이 존재하는 배양기에서 폐수를 둘 필요가 없다.

철산염의 현지 생성은 오늘날 그것의 이용과 관련해서 두가지의 문제를 해결할 수 있다: 비용 및 불안정성. 철산염이 현지에서 생성되기 때문에 생성된 직후에 바로 이용할 수 있으며, 불안정 상태를 확인하기 위해 잠깐 동안의 주의만 기울이면 된다. 철산염은 폐수가 변질되기 전에 간단하게 주입한다. 추가로, 철산염의 응용은 정제, 결정화 또는 저장의 필요성이 없으므로 사용비용이 저렴하다. 게다가, 본 발명 장치에 의해 생성된 철산염은 아주 적은 양의 비싼 사료저장이 요구된다.

B. 휴양수 처리

본 발명의 방법에 의해 생성된 철산염은 수영장 및 온천에 응용할 수 있다. 수영장, 저쿠지 및 온천이 유기 폐기물로 오염되었다는 것은 잘 알려진 사실이다. 이러한 폐기물은 바람 또는 곤충에 의해서 또는 수영하는 사람들의 몸에서부터 유래하여 물에 들어간다. 처리하지 않으며, 이 물은 탁도가 생기며 불결해 진다. 처리 가능한 방법으로 표백제 및 항-세균제 또는 항-바이러스제와 같은 산화제를 가하는 것이 포함된다. 이러한 처리는 바람직하지 않은 역효과를 가져온다. 물에 남아 있는 산화제는 그 물을 이용하는 수영자들의 피부에 좋지 않은 영향을 준다. 추가로, 이러한 산화제는 염소화 수산화탄소와 같은 환경에 유해한 부산물을 생성한다.

본 발명의 장치는 장치에서 생성된 철산염을 혼합챔버에서 물과 혼합하여, 모든 유기 폐기물이 무해한 산물로 산화되고, 철염이 여과되며, 청정수가 수영장에 다시 들어가도록, 어떤 수영장 또는 저쿠지에도 설치할 수 있다. 본 발명의 방법에 의해 생성된 철산염은 수영장물을 처리하기 위해 필요한 많은 양의 산화제 및 항-곰팡이 화학물을 구입하는 것 보다 오랫동안 비용이 저렴하므로, 수영장 물을 정화하는 아주 효과적이고 비용이 저렴한 방법이다.

C. 가공설비에 이용

많은 가공설비는 설비에서 유출물이 배출되기 전에 잠재적으로 가치있는 생고체(biosolid) 산물을 분리하기 위해 처리되어야 할, 단백질, 탄수화물, 지방 및 오일과 같은 생고체를 포함하는 수용성 유출물을 생성한다. 이러한 수용성 유출물은 종종 무게기준으로 약 0.01% 내지 5%의 고체 조성물을 가지고 있으며 식품 가공설비로 부터 유래된다. 본 발명은 이러한 유출물의 분류방법을 제공하여, 이러한 고체성분을 응결하고, 선택적으로 생고체를 분리하여, 예를 들어 동물 사료와 같은것으로 계속 이용할 수 있다.

이 문서에서 정의한 것과 같이, 응결은 생고체가 이미 현탁된 유출물의 위쪽 또는 아래쪽에 생고체가 분리되고 응결이 되는 생고체를 포함하는 유출물에서 현탁된 생고체를 분리하는 것을 의미한다. 응결화는 바람직하게 유출물에서 분리될 수 있는 응결화된 물질을 생성한다. 본 발명에서, 유출물에서 이러한 물질의 제거를 촉진시키기 위해, 응결화된 물질의 크기를 최대화 하는 것이 바람직하다.

본 발명의 과정은 철산염과 유출물을 접촉시켜 생고체를 포함하는 수용성 유출물을 처리하는 방법과 관련이 있다. 수용성 유출물은 식품이 아닌 물질을 가공하는 것을 포함하여 동물 및 채소 가공으로부터의 이러한 유출물이 생성되는 다양한 가공과정에서 유래할 수 있다.

본 발명의 과정에서, 처리되어야 할 수용성 유출물은 식품 가공설비와 같은 생고체를 포함하는 유출물을 생성하는 어느 가공설비로 부터도 유래될 수 있다. 예를 들면, 동물 도축장 및 동물 가공설비 및 다른 식품 가공설비는 단백질, 지방 및 오일을 포함하는 수용성 유출물을 생성할 수 있다. 동물 도축장 및 가공 설비는 소, 돼지, 가금류 및 해산물의 가공설비를 포함한다. 다른 식품 가공설비는 콩, 쌀, 보리, 치즈 및 유장을 가공하기 위한 채소, 곡물 및 낙농식품 가공설비; 전분 및 곡물을 깍는 설비; 양조장, 증류소 및 포도주 양조장의 설비도 포함된다. 이러한 가공에서 유래하는 수용성 유출물안에 존재하는 생고체는 단백질, 지방 및 오일에 추가로 당, 전분 및 다른 탄수화물을 포함한다. 예를 들면, 콩, 단백질 가공과정에서 나오는 수용성 유출물에서 계속 회수한다. 본 발명은 특히 동물 가공및 더 바람직하게는, 가금류 가공에서 유래되는 유출물을 처리하는 방법으로 유용하다.

본 발명은 생고체의 수용성 현탁액을 생성하는 기존의 식품 가공 장치에 유용하지만, 또한 식품 물질의 가공에서 유래하는 생고체의 수용성 현탁액의 처리에도 유용하다는 것을 인식해야 한다. 예를 들면, 분리 및 회수한 단백질은 어떤 화장품 및 다른 피부 보호제로 유용하며; 전분은 제지 제조업에서의 이용을 포함하는 다양한 음식이 아닌 목적으로의 이용에 유용하다. 추가로, 본 발명은 음식이 아닌 물질의 가공작동시에 유출되는 생고체를 포함하는 일반적인 수용성 유출물을 처리하는데 유용하다. 게다가, 상기에서 기술된 연속적인 수용성 유출물에 일반적으로 현탁된 생고체를 통한, 유출물에 용해되어 있는 생고체의 농도는 예를 들어, pH, 염도 및 다른 파라메터와 같은 유출물 또는 생고체의 특성에 따라 달라진다.

본 발명의 과정은 예를 들어 단백질과 같은 생고체를 포함하는 수용성 유출물을 처리하여 현탁된 고체를 줄이고(탁도로 측정가능) 선택적으로는 생고체를 분리하는 것에 관한 것이다. 이러한 생고체는 계속적인 이용을 위해 회수할 수 있다. 이러한 과정은 혈액 및 당에 존재하는 물질과 같은 용액물질 뿐만 아니라 현탁된 생고체도 회수할 수 있다.

응결된 생고체는 선택적으로 침강, 부양(flotation), 여과, 원심분리, 제거(decantation) 또는 이러한 과정을 혼합한 것과 같은 기존의 분리과정에 의해서 처리된 유출물에서 분리될 수 있다. 분리된 생고체는 연속적으로 회수가 가능하며 다양한 응용에 이용될 수 있다. 이러한 과정에서 회수된 생고체는 응결시스템의 한 부분에서의 철 염소를 이용하는 과정으로부터 회수된 것을 건조할때 불결한 냄새가 제거된다는 것이 발견되었다. 이러한 응결된 생고체는 상기에서 언급한 것과 같이 잘 알려진 기술에 의해서 분리되고 회수될 수 있다.

E. 방사성 세척으로의 이용

본 발명의 과정은 특히 수용성 용액에 용해되는 우라늄과 같은 방사성 물질의 침전을 기본으로 한다. 이렇게 용해된 방사성 물질은 우라늄 광업작동 수처리 설비 또는 자연적으로 흐르는 유출물로부터 유래할 것이다. 이러한 유출물의 물은 식수 또는 가정에서 이용할 수 있도록 기존의 도시 수처리 공장에 의해서 처리된다고 알려져 있다.

철산염은 폐수의 방사성 핵종의 제거를 위한 처리제로서 제안되었다. 최근에는 철산염을 오염된 물에서 우라늄 및 초우라늄 원소를 제거하는데 사용하는 핵산업분야에 집중되어 있다. 추가로, 최근에는 폐수 폐기물에서 플루토늄(plutonium) 및 아메리슘(americium)의 제거를 위해 철산염을 이용하는 것에 관심이 있다.

미국특허번호 제 4,983,306에서, Deininger는 6.5 내지 14.0 범위의 물을 포함하는 초우라늄 원소의 pH를 적정하는 것과 관련이 있는 FeO₄ ^2-을 이용한 방사성 폐수에서 초우라늄 원소를 제거하는 방법을 밝혔다. 추축컨데, 이러한 제거는 다른 중금속과 유사한 철 수산화물 메트릭스와 초우라늄의 상호-침전에 의해서 일어난다. 또한, 소량의 화학물은 일반적인 기술의 양과 비교해서 사용한다. 화학물 첨가량을 기초로 해서, 폐수 사료의 현탁된 고체 조성물에 따르면, 이러한 방법을 이용해서 생성된 방사성 침전물이 3 내지 20% 감소하였다(참조: Deininger, et al., Waste Manage. '90, Vol. 1, pp. 789-795(1990)).

F. 표면세척의 이용

철산염의 희석 용액은 기존의 화학 세척처리에 부식필름을 만드는 파이프 시스템 등과 같은 것의 염기 금속 표면을 부식시키는 필름을 포함하는 크롬(III)의 산화 전처리를 위해 이용될 수 있다. 현재 사용되고 있는 실험실용 산화제, 특히 크롬산염 유도체의 대체물이 필요하다. 크롬산염 및 염소는 예상할 수 있는 발암물질이다. 또한, 과망간산염 과정에서, MnO₂가 생성된다.

철산염을 이용한 Cu, Cd, 및 Mn과 같은 중금속의 제거방법은 잘 알려져 있다. 철산염은 응결화를 이용해서 콜로이드와 같은 현탁액 및 중금속을 제거하기 위해 이용된다(참조: T. Suzuki, Odaku Kenkyu, Vol. 11(5), p. 293-296(1988)). 망간을 제거하기 위한 기작은 불용성 MnO₂의 산화 형성물과 철산염의 환원산물에서 유래된 침전물, Fe(OH)₃에서 이러한 금속을 분리하는 것과 관련이 있다. 칼륨 철산염으로 처리한후 응집에 의해서 중금속이온 및 휴믹 산의 제거되는 것이 연구되었다. 금속이온은 일반적으로 침강하는 동안 포획된다(참조: F. Kazama and K. Kato, Kogyo Yosui, Vol. 357, p. 8-13(chemical Abstract 110:63421y)(1988)).

추가로, 반도체 산업 또는 의학 장치에서 이용되는 기계의 금속 표면은 세척 또는 소독이 필요하다. 금속 표면을 세척하기위한 현행의 방법은 높은 부식능을 가지는 표백제와 같은 소독제에 노출하여야 한다. 그 결과로, 금속 부분이 부식되고, 자주 약화되는 원인이 되며 교체되어야 한다. 부식된 금속 부분을 교체하는데 드는 비용은 제외하고라도, 기계의 고장은 사용자에게 불편함과 불쾌감을 주고 제조자에게는 부담을 준다.

본 발명의 방법에 의해 생성된 철산염은 이러한 금속부분의 표면을 세척하기 위해 사용될 수 있다. 철산염은 부식능이 없으며 금속부분의 본래의 형태에 손상을 주지 않는다. 상기에서 언급한 것과 같이, 철산염의 살생물력은 표백제의 그것과 비교할 만하다. 따라서, 철산염은 금속 표면을 세척할 수 있는 효율적이고, 효과적이며 경제적인 방법을 제공한다.

G. 의학품으로의 이용

의학 분야에서, 기구 및 표면의 소독 및 세척은 매우 중요하다. 본 발명의 장치에서 생성되는 철산염은 이러한 목적을 위한 병원의 부설에 이용할 수 있다.

어떤 다른 실시태양에서, 본 발명의 방법에 의해 생성된 철산염은 미국특허번호 제 6,187,347에서 기술하고 있는 것과 같이, 상처의 치료에도 이용할 수 있을 것이다.

VI. 본 발명의 어떤 실시태양

본 발명의 어떤 실시태양은 하기에 관한 것이다:

a) 혼합챔버에서 산화제 및 철염을 포함하는 수용액을 혼합하는 단계;

b) 수용액의 적어도 일부분을 반응챔버로 전달하는 단계;

c) 반응챔버에서 철산염을 연속적으로 생성하는 단계;

d) 철산염의 적어도 일부분을 반응챔버에 인접한 이용부위로 전달하는 단계; 및,

e) 혼합챔버에 부가의 수용액을 가하는 단계를 포함하는, 철산염을 연속적으로 합성하는 방법이다.

상기의 방법에서, 단계(e)의 부가의 수용액은 반응챔버로 전달되는 수용액의 일부분을 실질적으로 바꿀수 있을 정도의 양이다.

상기의 방법에서, 수용액에 염기를 가하는 단계를 추가로 포함하는 것이다.

상기의 방법에서, 염기는 질소 염기, 수산화물 이온, 산화물 이온 및 탄산염 이온 또는 그의 혼합물로 구성된 그룹으로부터 선택되는 이온을 포함된다.

상기의 방법에서, 철염은 제2철 질산염, 제 1철 질산염, 제 2철 염화물, 제 1철 염화물, 제 2철 브롬화물, 제 1철 브롬화물, 제 2철 황화물, 제 1철 황화물, 제 2철 인산염, 제 1철 인산염, 제 2철 수산화물, 제 1철 수산화물, 제 2철 산화물, 제 1철 산화물, 제 2철 수소 탄산염, 제 1철 수소 탄산염, 제 2철 탄산염, 제 1철 탄산염 또는 그의 결합으로 구성된 그룹으로부터 선택된다.

상기의 방법에서, 산화제는 적어도 하나의 하기물질을 포함한다: 하이포 아할리트염 이온(hypohalite ion), 아할리트염 이온(halite ion), 할레이트염이온(halate ion), 퍼할레이트염 이온(perhalate ion), 오존(ozone), 옥손(oxone), 할로겐(halogen), 과산화물(peroxide), 과산(peracid), 과산염(salt of peracid), 및 카로의 산(Caro's acid), 또는 그것의 혼합물.

상기의 방법에서, 산화제는 차아염소산염 이온, 하이포 아브롬산염 이온(hypobromite ion), 하이포 아요오드산염 이온(hypoiodite ion)으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 하이포 아할리트염 이온을 포함한다.

상기의 방법에서, 산화제는 아염소산염 이온(chlorite ion), 아브롬산염 이온(bromite ion), 및 아요오드산염 이온(iodite ion)으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 아할리트산염 이온을 포함한다.

상기의 방법에서, 산화제는 염소산염 이온(chlorate ion), 브롬산염 이온(bromate ion), 및 요오드산염 이온(iodate ion)으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 할레이트염 이온을 포함한다.

상기의 방법에서, 산화제는 퍼염소산염 이온(perchlorate ion), 퍼브롬산염 이온(perbromate ion), 및 퍼요오드산염 이온(periodate ion)으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 퍼할레이트염 이온을 포함한다.

상기의 방법에서, 단계 (b) 에서 (d)까지 반복하는 단계를 추가로 포함한다.

a) 이용부위에 인접한 반응챔버에서 철산염을 연속적으로 생성하는 단계;

b) 철산염을 이용부위에서 수성 혼합물과 접촉시켜, 불순물의 적어도 일부분을 산화시키는 단계를 포함하는, 적어도 하나의 불순물을 가지는 수성 혼합물을 이용부위에서 처리하는 방법이다.

상기의 방법에서, 불순물은 생물학적 불순물, 유기 불순물, 무기 불순물, 황을 포함하는 불순물, 금속 불순물, 및 방사성 불순물 또는 그것의 혼합물로 구성된 그룹으로부터 선택된다.

b) 수용액의 적어도 일부분을 반응챔버로 전달하는 단계;

c) 반응챔버에서 철산염을 연속적으로 생성하는 단계;

e) 혼합챔버에 부가의 수용액을 가하는 단계를 포함하는 철산염을 연속적으로 생성하는 방법이다.

상기의 방법에서, 산화제는 적어도 하나의 하기물질을 포함한다: 하이포 아할리트염 이온(hypohalite ion), 아할리트염 이온(halite ion), 할레이트염 이온(halate ion), 퍼할레이트염 이온(perhalate ion), 오존(ozone), 옥손(oxone), 할로겐(halogen), 과산화물(peroxide), 과산(peracid), 과산염(salt of peracid), 및 카로의 산(Caro's acid), 또는 그것의 혼합물.

상기의 방법에서, 접촉단계는 수용성 혼합물의 유출물에 철산염을 첨가하는 것을 포함한다.

상기의 방법에서, 접촉단계는 수용성 혼합물의 풀에 철산염을 접촉시키는 것을 포함한다.

상기의 방법에서, 접촉단계는 철산염을 포함하는 정지되어있는 컨테이너와 수용성 혼합물의 유출물을 접촉시키는 것을 포함한다.

a) 일차 보유챔버(holding chamber);

b) 이차 보유챔버;

c) 전기 일차 보유챔버의 내용물과 전기 이차 보유챔버의 내용물이 첨가되어 일차 혼합물이 형성되고, 일차 보유챔버 및 이차 보유챔버와 조절가능하게 연결된 혼합챔버;

d) 일차 혼합물을 수용하여 일정시간동안 보유하도록 전기 혼합챔버와 조절가능하게 연결된 반응챔버;

e) 전기 반응챔버의 철산염 혼합물; 및,

f) 전기 철산염 혼합물을 이용부위로 이동시키기에 적합한 반응챔버의 출구(output opening)를 포함하는, 반응챔버에 인접한 이용부위로 전달되는 철산염을 연속적으로 합성하는 장치이다.

상기의 장치에서, 혼합챔버는 기계적 교반기(mechanical agitator)를 추가로 포함한다.

상기의 장치에서, 혼합챔버는 혼합물을 관을 통해 운반하도록 혼합하여 형성된 관을 포함한다.

상기의 장치에서, 혼합챔버는 온도조절장치를 추가로 포함한다.

상기의 장치에서, 혼합챔버의 위쪽 및 일차 및 이차 보유챔버의 아래쪽에 펌프를 추가로 포함한다.

상기의 장치에서, 혼합챔버의 아래쪽 및 반응챔버의 위쪽에 펌프를 추가로 포함한다.

상기의 장치에서, 반응챔버는 출구 및 혼합챔버의 사이에 위치하는 관을 포함한다.

a) 철염을 포함하는 일차 보유챔버:

b) 산화제를 포함하는 이차 보유챔버:

c) 철염 및 산화제가 혼합물을 형성하기위해 조절 가능하게 첨가되는, 일차 보유챔버 및 이차 보유챔버와 조절가능하게 연결된 혼합챔버;

d) 철산염이 합성되고, 혼합물이 일정기간동안 보유되는 혼합챔버와 조절가능하게 연결된 반응챔버; 및,

e) 철산염을 이용부위에 인접한 부위로 이동되도록하는 반응챔버의 출구를 포함하는, 철산염을 연속적으로 합성하는 시스템이다.

상기의 시스템에서, 혼합물에 염기를 추가로 첨가한다.

상기의 시스템에서, 염기는 질소 염기, 수산화물 이온, 산화물 이온 및 탄산염 이온 또는 그의 혼합물로 구성된 그룹으로부터 선택되는 이온을 포함된다.

상기의 시스템에서, 철염은 제2철 질산염, 제 1철 질산염, 제 2철 염화물, 제 1철 염화물, 제 2철 브롬화물, 제 1철 브롬화물, 제 2철 황화물, 제 1철 황화물, 제 2철 인산염, 제 1철 인산염, 제 2철 수산화물, 제 1철 수산화물, 제 2철 산화물, 제 1철 산화물, 제 2철 수소 탄산염, 제 1철 수소 탄산염, 제 2철 탄산염, 제 1철 탄산염 또는 그의 결합으로 구성된 그룹으로부터 선택된다.

상기의 시스템에서, 산화제는 적어도 하나의 하기물질을 포함한다: 하이포 아할리트염 이온(hypohalite ion), 아할리트염 이온(halite ion), 할레이트염 이온(halate ion), 퍼할레이트염 이온(perhalate ion), 오존(ozone), 옥손(oxone), 할로겐(halogen), 과산화물(peroxide), 과산(peracid), 과산염(salt of peracid), 및 카로의 산(Caro's acid), 또는 그것의 혼합물.

상기의 시스템에서, 산화제는 차아염소산염 이온, 하이포 아브롬산염 이온(hypobromite ion), 하이포 아요오드산염 이온(hypoiodite ion)으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 하이포 아할리트염 이온을 포함한다.

상기의 시스템에서, 산화제는 아염소산염 이온(chlorite ion), 아브롬산염 이온(bromite ion), 및 아요오드산염 이온(iodite ion)으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 아할리트산염 이온을 포함한다.

상기의 시스템에서, 산화제는 염소산염 이온(chlorate ion), 브롬산염 이온(bromate ion), 및 요오드산염 이온(iodate ion)으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 할레이트염 이온을 포함한다.

상기의 시스템에서, 산화제는 퍼염소산염 이온(perchlorate ion), 퍼브롬산염 이온(perbromate ion), 및 퍼요오드산염 이온(periodate ion)으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 퍼할레이트염 이온을 포함한다.

상기의 시스템에서, 혼합챔버는 기계적 교반기(mechanical agitator)를 추가로 포함한다.

상기의 시스템에서, 혼합챔버는 혼합물을 관을 통해 운반하도록 혼합하여 형성된 관을 포함한다.

상기의 시스템에서, 혼합챔버는 온도조절장치를 추가로 포함한다.

상기의 시스템에서, 혼합챔버의 위쪽 및 일차 및 이차 보유챔버의 아래쪽에 펌프를 추가로 포함한다.

상기의 시스템에서, 혼합챔버의 아래쪽 및 반응챔버의 위쪽에 펌프를 추가로 포함한다.

상기의 시스템에서, 반응챔버는 출구 및 혼합챔버의 사이에 위치하는 관을 포함한다.

제 1항의 방법에 의해 생성되는 철산염과 식수를 생성부위에 인접한 부위에서 접촉시키는 단계를 포함하는, 식수를 정제하는 방법이다.

상기의 방법에 의해 생성되는 철산염과 폐수를 생성부위에 인접한 부위에서 접촉시키는 단계를 포함하는, 폐수를 정화하는 방법이다.

상기의 방법에 의해 생성되는 철산염과 하수를 생성부위에 인접한 부위에서 접촉시키는 단계를 포함하는, 하수를 정화하는 방법이다.

수용액에서 방사성 물질을 제거하는 방법은 생성부위에 인접한 위치에서 접촉이 일어나는 수용액과 상기의 방법에 의해 생성된 철산염을 접촉시키는 것을 포함한다.

폴리머 또는 금속 표면을 세척하는 방법은 생성부위에 인접한 위치에서 접촉이 일어나는 금속 또는 폴리머 표면과 상기의 방법에 의해 생성된 철산염을 접촉시키는 것을 포함한다.

폴리머 또는 금속 표면을 코팅하는 방법은 생성부위에 인접한 위치에서 접촉이 일어나는 금속 또는 폴리머 표면과 상기의 방법에 의해 생성된 철산염을 접촉시키는 것을 포함한다.

a) 철염 및 산화제의 혼합물을 제공하는 단계;

b) 혼합물의 적어도 일부분을 열챔버(heating chamber)에 연속적으로 전달하는 단계;

c) 혼합물을 열챔버에서 승온(elevated temperature)에 노출시켜, 철산염을 생성하는 단계;

d) 단계 b)에서 생성된 철산염의 적어도 일부분을 열챔버로부터 제거하는 단계; 및,

e) 열챔버에 부가의 혼합물을 가하는 단계를 포함하는, 철산염을 연속적으로 합성하는 방법이다.

상기의 방법에서, 열챔버에 첨가되는 부가의 혼합물은 열챔버로부터 제거되는 일부분의 철산염을 실질적으로 대체할 수 있는 양이다.

상기의 방법에서, 철염은 제2철 질산염, 제 1철 질산염, 제 2철 염화물, 제1철 염화물, 제 2철 브롬화물, 제 1철 브롬화물, 제 2철 황화물, 제 1철 황화물, 제 2철 인산염, 제 1철 인산염, 제 2철 수산화물, 제 1철 수산화물, 제 2철 산화물, 제 1철 산화물, 제 2철 수소 탄산염, 제 1철 수소 탄산염, 제 2철 탄산염, 제 1철 탄산염 또는 그의 결합으로 구성된 그룹으로부터 선택된다.

상기의 방법에서, 승온에 노출되는 혼합물은 고체이다.

a) 보유챔버;

b) 전기 보유챔버 내용물의 적어도 일부분이 운반기(mover)로 이동되도록 보유챔버에 조절가능하게 연결된 운반기;

c) 전기 운반기의 적어도 일부분을 이동시키는 열챔버;

d) 운반기의 내용물이 전기 열챔버에 인접한 이용부위로 이동하기에 적합한 열챔버의 출구를 포함하는, 철산염을 연속적으로 합성하는 장치이다.

상기의 장치에서, 운반기는 컨베이어 벨트를 포함한다.

상기의 장치에서, 보유챔버와 운반기사이에 혼합기가 추가로 포함된다.

상기의 장치에서, 열챔버는 온도조절장치를 추가로 포함한다.

상기의 장치에서, 열챔버의 출구 다음에 저장챔버를 추가로 포함한다.

a) 철염용액을 철산염용액으로 변환시키기에 충분한 전류를 제공하는 두개의 전극 및 철염용액을 포함하는 혼합챔버;

b) 일정시간동안 철산염용액을 보유하고, 전기 혼합챔버와 조절가능하게 연결된 반응챔버; 및,

c) 혼합물을 전기 반응챔버에 인접한 이용부위로 이동시키기에 적합한 반응챔버의 출구를 포함하는, 철산염을 연속적으로 합성하는 장치이다.

a) 적어도 두개의 전극을 포함하는 혼합챔버에 철염을 포함하는 수용액을 연속적으로 공급하는 단계;

b) 이온염의 적어도 일부분을 철산염으로 변환시키기 위해 적어도 두개의 전극에 충분한 전류를 공급하는 단계;

c) 반응챔버에 인접한 이용부위에 철산염의 적어도 일부분을 전달하는 단계; 및,

d) 혼합챔버에 부가의 수용액을 가하는 단계를 포함하는, 철산염을 연속적으로 생성하는 방법이다.

상기의 방법에서, 단계 (d)에 첨가되는 부가의 혼합물은 반응챔버로부터 전달되는 일부분의 철산염을 실질적으로 대체할 수 있는 양이다.

상기의 방법에서, 수용액에 염기를 가하는 단계를 추가로 포함한다.

상기의 방법에서, 수용액에 산을 가하는 단계를 추가로 포함한다.

a) 혼합챔버에 철염 및 산화제를 포함하는 수용액을 혼합하여 철산염용액을 생성하는 단계;

b) 혼합챔버에 인접한 이용부위에 철산염용액의 적어도 일부분을 전달하는 단계를 포함하는, 철산염을 합성하는 방법이다.

b) 철산염을 이용부위에서 수성 혼합물과 접촉시켜, 불순물(impurity)의 적어도 일부분을 산화시키는 단계를 포함하는, 적어도 하나의 불순물을 가지는 수성 혼합물을 이용부위에서 처리하는 방법이다.

실시예 1: 철산염(VI)의 조제

하기는 철산염을 합성하기 위한 전형적인 과정이다. 250㎖의 비이커에 75㎖의 증류수를 첨가한다. NaOH 30g을 첨가하여 10M 용액을 만든다. 부식용액을 얼음 수조에서 냉각시킨다. 포화될 때 까지 교반하면서, 용액에 Cl₂(g)(대략 6.5g)을 공급한다. 상기 용액을 냉각기에 보관한다. 잔류물을 조립질(coarse) 여과기로 여과한다. 교반하는 동안에 Fe(NO₃)₃ㆍ9H₂O 25g을 가한다. 중립질 여과기로 여과한다. 약 510 nm의 흡광도에서 UV-비스 분광기를 이용해서 Fe⁶⁺의 산출량을 분석한다.

실시예 2. 철산염의 합성

염소 6.5g의 대신에 16.35g을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1의 과정을 이용해서 철산염을 합성하였다. 차아염소산염의 조립질 유리 여과기로 여과된 용액 40g을 테프론(TEFLON) 교반 막대로 교반시키면서 50 ml 커버가 있는 반응 용기에 첨가하였다. 온도를 맞추고 조절하기 위해서 커버를 통해서 온도가 조절된 물을 순환시켰다. 제 2철 질산염 구수염(nonahydrate)(Fe(NO3)3.9H2O)을 몇분 동안 가하여 실험을 시작하였다. NaOH의 양은 실험을 시작하기 전에 용액에 첨가할 수있다. 용액내의 모든 철이 Fe(VI)로 전환되었을 경우에, "예상 흡광도(Expected Absorbance)"를 용액의 이론적 흡광도라고 말한다.

차아염소산염 생산물에 이차분의 NaOH(25g)를 첨가하였다. 온도는 30℃로 맞추었다.

시간, 분	실제 무게^*(g)	예상 흡광도^**	관찰 흡광도	(VI)상태의 철 단편	실제 반응 온도, ℃	비고
0					22.4	철 첨가시작
2					27	철 첨가완료
2.5					30
3.5					33.9	기록된반응 시작
5	0.33	1.04	0.25	0.24	31.1
10	0.32	1.01	0.40	0.40	30.7
17	0.31	0.98	0.48	0.49	30.4
25	0.33	1.04	0.59	0.57	30.4
35	0.32	1.01	0.60	0.59	30.3
45	0.34	1.08	0.695	0.64	30.5

^*: 실제 무게: 분광 광도계 분석을 위해, 반응 용액의 나눈부분(aliquot)을 중량을 측정해서 취하고 pH 10 완충액으로 희석하였다. 이것은 나눈부분의 무게이다. 희석물은 100g이다.

^**: 예상 흡광도: 나눈부분의 무게는 실험에서 총량의 철의 단편을 나타낸다. 모든 철이 철산염이라면, 이것은 이 용액의 계산 흡광도의 가치이다. 관찰 흡광도와함께 보면, 계산된 결과는 +6 상태에서 철 단편의 측정을 촉진시킨다.

차아염소산염 생산물에 이차분의 NaOH(25g)를 첨가하였다. 온도는 35℃로 맞추었다.

시간, 분	실제 무게(gm)	예상 흡광도	관찰 흡광도	(VI)상태의 철 단편	실제 반응 온도, ℃	비고
0					24	철 첨가시작
2					28.6	철 첨가완료
2.5					32
3.5					37	기록된반응 시작
5	0.32	0.285	1.01	0.28	36
10	0.34	0.52	1.08	0.48	35.4
17	0.34	0.61	1.08	0.56	35.3
25	0.34	0.67	1.08	0.62	35.3
35	0.31	0.68	0.98	0.69	35.3
45	0.34	0.813	1.08	0.75	35.3
60	0.43	1.11	1.36	0.82	35.3

실시예 3. 철산염(VI)의 조제

염소 6.5g의 대신에 17g을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1의 과정을 이용해서 철산염을 합성하였다. 차아염소산염의 조립질 유리 원료로 여과된 용액 40g을 포화된 나트륨 수산화물 용액에 테프론 교반 막대로 교반시키면서 50 ml 파이렉스 비이커에 첨가하였다. 마그네틱 교반 플레이트위의 큰 결정화 접시에 상기 비이커를 넣는다. 결정화 접시는 19℃ 내지 20℃의 온도를 유지시키기 위해 물/얼음 혼합물을 포함한다. 제 2철 질산염 구수염(Fe(NO3)3.9H2O) 5g을 몇분 동안 첨가하여 실험을 시작하였다. 철염은 혼합물을 통해서 분포하지만 몇 분동안에는 눈에 보이는 활성은 없다. 반응 혼합물의 온도는 천천히 올라간다. 철을 첨가한 한 후 약 10분에, 이 혼합물이 어두운 보라색으로 변한다. 동시에, 반응 온도가 30℃로 올라간다. 이 시점은 철산염(VI) 분석을 위한 샘플을 채취하기 시작하는 시간이다. 물/얼음 수조는 19℃ 내지 20℃의 온도범위를 일정하게 유지한다.

시간, 분	실제 무게^*(g)	예상 흡광도^**	관찰 흡광도	(VI)상태의 철 단편	실제 반응 온도, ℃
2	0.30	0.95	0.37	0.39	29
6	0.39	1.24	0.66	0.53	26
10	0.31	0.98	0.55	0.56	23
15	0.32	1.02	0.64	0.63	22
25	0.30	0.95	0.64	0.67	--
35	0.29	0.92	0.66	0.72	--
45	0.33	1.05	0.76	0.72	--
60	0.31	0.98	0.71	0.72	--

실시예 4. 철산염(VI)의 조제

실시예 1의 과정을 이용해서 철산염을 합성하였다. NaOH 30g 에 물 75g을 반응챔버에서 혼합하고 Cl₂6.5g을 첨가하였다. 또 NaOH 70g을 첨가하였다. 이것의 액상과 제 2철 질산염 25g를 반응시켰다.

실험	온도, ℃	부식제,1차/2차	염소, g	철 형태	C 대 B^***	교반
1	30	30/25	13	25/60Fe/H₂0	C	T 장치
2	30	30/10	13	25/60Fe/H₂0	C	T 장치
3	30	30/0	10	25/60Fe/H₂0	C	T 장치
4	35	30/0	10	25/60Fe/H₂0	C	T 장치
5	40	30/0	10	25/60Fe/H₂0	C	T 장치
6	35	15/0	7.5	25/60Fe/H₂0	C	T 장치
7	30	30/25	13	25/60Fe/H₂0	C	칼
8	30	30/10	13	25/60Fe/H20	B	칼
9	30	30/0	10	25/60Fe/H20	B	칼
10	35	30/0	10	25/60Fe/H20	B	칼
11	40	30/0	10	25/60Fe/H20	B	칼
12	35	15/0	7.5	25/60Fe/H20	B	칼
13	30	30/25	13	25/60Fe/H20	C	통과
14	30	30/10	13	25/60Fe/H20	C	통과
15	30	30/0	10	25/60Fe/H20	C	통과
16	35	30/0	10	25/60Fe/H20	C	통과
17	40	30/0	10	25/60Fe/H20	C	통과
18	35	15/0	7.5	25/60Fe/H20	C	통과
19	30	30/25	13	25/60basepm^*	C	통과
20	30	30/10	13	25/60basepm	C	통과
21	30	30/0	10	25/60basepm	C	통과
22	35	30/0	10	25/60basepm	C	통과
23	40	30/0	10	25/60basepm	C	통과

24	35	15/0	7.5	25/60basepm	C	통과
25	35	30/0	10	25/30 sol1^**	C	통과
26	35	30/0	10	25/30 sol2	C	통과
27	35	30/0	10	25/30 sol3	C	통과
28	35	30/0	10	25/30 sol4	C	통과
29	35	30/0	10	25/30 sol5	C	통과
30	35	30/0	10	25/30 sol6	C	통과

^*: Basepm은 표백제와 접촉시키기 전에 짧은 루프에서 NaOH와 철 용액을 미리 혼합하는 것을 의미한다.

^**: Sol 1,2,3,4,5 및 6는 불용성 철 산화물로써 침전에 의해서 손실된다고 예상되는 철을 안정화시킬 필요가 있는 작은 킬레이트화한 분자를 의미한다. 이러한 접근법은 또한 과정에서 소요되는 물의 양을 줄일수 있을 것이며, 모든 종류를 농축시키는데 도움을 줌으로써 동역학을 증가시킬 것이다. 또한 철산염(VI) 또는 표백제 또는 둘다에 부적합한 철의 형태를 줄일 수 있을 것이다.

^***: C 대 B는 연속 대 회분식을 의미한다.

실시예 5. 철산염(VI)의 조제

염소 6.5g의 대신에 17g을 사용 및 나트륨 수산화물을 70g 대신에 25g을 이차로 첨가하는 것을 제외하고는, 실시예 1의 과정을 이용해서 철산염을 합성하였다. 반응용기는 30℃수조에 있는 30ml 비이커이다. 차아염소산염/나트륨 수산화물 용액 15g으로 시작하였다. 이 분이 지나면, 적합한 제 2철 질산염 구수염 결정(4.8g)을 첨가하였다. 매분마다 1.2g 비율로 용기에 철 결정을 연속적으로 공급하였다. 20 분이 지나면 멈추고, 이 시간을 하기의 표에 시간=0로 나타냈다. 이 기간동안의 최대 온도는 40℃였지만, 대부분은 30℃에 근접한 온도를 유지하였다. 부가 물질이 없는 샘풀은 분광 광도계로 분석하였다.

시간, 분	실제 무게, gm	예상 흡광도	실제 흡광도	(VI)상태의 철 단편	실제 반응 온도, ℃
0	0.3267	2.93	1.121	0.38	30.1
10	0.3284	2.94	1.294	0.44	28.8
20	0.3550	3.18	1.466	0.46	28.2

실시예 6. 철산염(VI)의 문헌에 의한 조제

철산염을 Audette and Quail, Inorganic Chemistry 11(8) 1904(1972)에서 제시한 방법으로 합성하였다.

성분	방법	IC 11(8) 1904(1972) 실험과정
	무게, 그람	몰	몰	무게, 그람
				실험 과정	수분을 기본으로 75그람
물	75			10	75
1차 NaOH	30		0.10	4	30
Cl₂(가스)	6.5	0.092	0.0380.29	2.7	20.25
이차 NaOH	70		0.24	9.6	72
제 2철 칠산염 구수염	25	0.062	0.005	2.02	15

실시예 7. 철산염(VI)의 합성 과정

작은 샘플병을 취해서 그것의 무게중량을 거의 0.01 그람까지 기록한다. 건조 박스안에 무게 30g의 나트륨 수산화물이 들어있는 300 ml 플라스크, 70g의 나트륨 수산화물이 들어있는 150 ml 플라스크, 및 5.0g의 제 2철 질산염 구수염이 들어있는 샘플 병을 넣는다. 각 용기에 뚜껑을 씌운다. 건조 박스에서 세개의 용기를 취한다. 다시 무게를 재고 거의 0.01 그람까지 작은 샘플 병의 무게를 기록한다. 큰 플라스크에 탈이온수 75g을 첨가한다. 큰 플라스크의 뚜껑을 다시 닫고 얼음에 방치한다.

큰 플라스크의 뚜껑을 열고 테프론으로 코팅된 교반 막대기를 넣고 무게를 잰 다음에 기록한다. 이 플라스크를 교반 플레이트에 큰 결정화 접시안에 두고 용액 양의 위쪽까지 닿도록 결정화 접시에 얼음을 첨가하고 교반을 시작한다. 유리 온도계를 용액안에 넣는다.

염소 전달 시스템의 전달 팁을 세척하고 건조한다. 나트륨 수산화물 용액에 염소를 첨가하기 시작한다. 나트륨 수산화물 용액을 확인하기위해 염소 실린더쪽으로 전달 관에 역류시키지 않았다. 방울의 속도를 확인하고 너무 빠르게 가지 않도록 한다. 온도를 확인하고 20℃이하로 유지한다. 정기적으로 성분을 포함한 플라스크의 무게를 확인하고 첨가된 염소의 양(예를 들면, 염소 20g)이 충분할 때 염소 첨가를 멈춘다. 성분을 포함한 플라스크의 무게를 기록한다.

상기의 플라스크를 온도계와 함께 다시 얼음에 둔다. 이차 NaOH의 나눈 분량을 천천히 첨가한다. 온도를 주의하여 관찰한다; 25℃정도의 온도가 바람직하다. 용해된 유리 여과기를 이용해서 혼합물을 여과한다. 짧은 교반 막대기를 넣은 50ml 비이커에 여과액 40g을 넣는다. 비이커를 결정화 접시에 두고 물을 첨가하며 온도를 맞출 필요가 있을 때 얼음 또는 열을 가한다. 반응용기에 열전지(thermocouple)를 넣는다.

작은 샘플 유리병에서 제 2철 질산염 구수염 결정을 첨가하기 시작하고 동시에 반응용기 성분의 온도를 기록하기 시작한다. 제 2철 결정을 첨가하는데 4분 또는 5분 정도가 소요될 것이다. 보라색이 강하게 나오면 철산염(VI) 분석을 위한 샘플을 수거하기 시작한다.

실시예 8: 철산염(VI)의 조제

염소 6.5g 대신에 23.1g을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1의 과정을 이용해서 철산염을 합성하였다. 조립질 유리 원료로 여과된 표백제 40g을 포함하는 포화 나트륨 수산화물 용액을 테프론 교반 막대기가 들어 있는 50 ml 파이렉스 비이커에 넣었다. 이 비이커를 마그네틱 교반 플레이트위의 큰 결정화 접시위에 넣었다. 수조의 온도를 26℃ 내지 27℃로 유지하였다. 제 2철 질산염 구수염 5g을 3분 이상 동안 첨가하여 실험을 시작하였다. 이 단계가 진행되는 동안에, 상기의 혼합물이 약하게 거품을 형성해서, 철 질산염 결정이 혼합되지 않고 거품에 부유하는 경향을 보인다. 이 혼합물이 어두운 보라색을 띄는 6분후에 약 0.3g을 취하기 시작하며 차가운 완충액을 가지고 100g을 희석한다. 이 혼합물의 최고 온도가 42℃가 되는 때도 6분으로 일치한다. 그 다음 몇 분 동안에. 거품이 계속 커진다.

시간, 분^*	실제 무게, gm	예상 흡광도	실제 흡광도	(VI) 상태의 철 단편	실제 반응 온도, ℃
6	0.31	0.97	0.14	0.14	42
8	0.33	1.03	0.25	0.24	35
10	0.31	0.97	0.24	0.25	31
16	0.31	0.97	0.27	0.28	27.5
22	0.34	1.06	0.30	0.28
31	0.32	1.00	0.29	0.29
46	0.32	1.00	0.30	0.29
^*제 2철 질산염 구수염 첨가 시작부터 시간을 측정하기 시작.

실시예 9: 철산염(VI)의 조제

염소 6.5g 대신에 12g을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1의 과정을 이용해서 철산염을 합성하였다. 반응용기는 35℃로 유지된 뚜껑이 있는 비이커이다. 차아염소산염/나트륨 20g으로 시작한다. 제 2철 질산염 구수염 결정 1.6g을 단계적으로 첨가한다. 이 양은 제 2철(III) 이상의 5배의 화학량적인 초과의 차아염소산염이다. 이 단계가 진행되는 동안의 최고 온도는 39℃이다.

시간, 분	실제 무게, gm	예상 흡광도	실제 흡광도	(VI) 상태에서의 철 단편	실제 반응 온도, ℃
15	0.3233	1.36	0.86	0.63	35.2
30	0.3427	1.44	1.14	0.79	35.2
45	0.2984	1.26	1.10	0.87	35.2
60	0.3289	1.39	1.25	0.90	35.2

실시예 10: 루프 반응과정

30℃의 온도로 맞추어진 뚜껑이 있는 혼합용기를 사용한다. 35℃로 맞추어진 조절된 온도를 가지는 관형태안의 반응용기를 사용한다. 나트륨 차아염소산염 용액을 대략 30㎎/sec의 속도로 혼합챔버로 전달하도록 맞춘 멀티헤드(multihead)의 다양한 연동속도를 가지는 펌프를 사용한다. 펌프 헤드의 또 다른 관은 혼합챔버에서 반응관으로 혼합물을 이동시키기 위해 사용한다.

10g 이상의 제 2철 질산염 구수염을 가지는 샘플 유리병을 준비하고 그것의 무게를 기록한다. 제 2철 질산염 구수염을 가지는 또 다른 샘플 유리병을 3.42g을 운반하기 위해 준비한다. 혼합챔버에 나트륨 차아염소산염 용액 17.1g을 가한다. 혼합을 시작한다. 제 2철 질산염 구수염 3.42g을 점차적으로 가한다. 실험시간을 맞추기 시작하고 연동펌프에서 나트륨 차아염소산염 용액을 전달하기 시작한다. 1분 간격으로, 혼합챔버에 0.342g(눈에 보이게 측정된)의 결정을 가한다. 첨가한지 5분 후에, 반응 혼합물의 표면에 연동펌프의 이동관의 출구를 배치함으로서 루프에 반응 혼합물을 이동시키기 시작한다. 첨가한지 10,15 및 20분 후에, 결정 유리병의 무게를 기록한다. 첨가한지 20분 후에, 나트륨 차아염소산염 용액의 전달과 결정 첨가를 정지한다. 연동펌프 이동관을 혼합 용기의 바닥과 근접하게 재 배치하고 그곳으로 부터 루프 반응기로 계속 펌프작용을 한다. 혼합챔버가 비면, 연동펌프를 정지시킨다. 60분에, 루프 반응기의 출구끝에서 산물의 샘플을 채취하고 그것의 흡광도를 측정한다. 80분에, 루프 반응기의 출구끝에서 산물의 샘플을 채취하고 그것의 흡광도를 측정한다.

실시예 11: 철산염(VI)의 조제

실시예 1의 과정을 이용해서 철산염을 합성한다. 조립질 유리 원료로 여과된 표백제 40g을 포함하는 포화 나트륨 수산화물 용액을 테프론 교반 막대기가 들어 있는 50 ml 파이렉스 비이커에 넣는다. 상기 비이커를 마그네틱 교반 플레이트위에 있는 큰 결정화 접시에 넣는다. 결정화 접시는 19℃ 내지 20℃의 온도를 유지시키기 위해 물/얼음 혼합물을 가지고 있다. 실험을 시작하기위해 5g의 제 2철 질산염 구수염을 4분 이상동안 가한다. 철염은 혼합물에 분포되어 있지만 몇 분동안에는 활성이 눈에 보이지 않는다. 반응 혼합물의 온도는 천천히 증가한다. 비교적 갑자기, 상기 혼합물은 어두운 보라색으로 변한다. 이런 변화는 철을 첨가한 후 10분이 지나면 발생하며 동시에, 반응온도가 31℃로 최고에 달한다. 이 시점에서, 타이머는 철산염(VI) 분석을 위한 샘플을 취하는 시간을 나타낸다. 물/얼음 수조는 19℃ 내지 20℃의 일정한 온도를 유지하였다.

시간, 분	실제 무게, gm	예상 흡광도	관찰 흡광도	(VI) 상태에서의 철 단편	실제 반응 온도, ℃
2	0.30	0.95	0.37	0.39	29
6	0.39	1.24	0.66	0.53	26
10	0.31	0.98	0.55	0.56	23
15	0.32	1.02	0.64	0.63	22
25	0.30	0.95	0.64	0.67	--
35	0.29	0.92	0.66	0.72	--
45	0.33	1.05	0.76	0.72	--
60	0.31	0.98	0.71	0.72	--

실시예 12: 철산염(VI)의 조제

조립질 유리 원료로 여과된 표백제 40g을 포함하는 포화 나트륨 수산화물 용액을 테프론 교반 막대기가 들어 있는 50 ml 파이렉스 비이커에 넣는다. 반응온도를 조절하고 확립시키기 위해 커버를 통해서 온도가 조절된 물을 순환시킨다. 5g의 제 2철 질산염 구수염을 4분 이상동안 가하여 실험을 시작한다.

시간, 분	실제 무게, gm	예상 흡광도	관찰 흡광도	(VI) 상태에서의 철 단편	실제 반응 온도, ℃	비고
30℃로 온도 조절
0					22.4	철 첨가 시작
2					27	철 첨가 완료
2.5					30
3.5					33.9	기록된 반응 시작
5	0.33	1.04	0.25	0.24	31.1
10	0.32	1.01	0.40	0.40	30.7
17	0.31	0.98	0.48	0.49	30.4
25	0.33	1.04	0.59	0.57	30.4
35	0.32	1.01	0.60	0.59	30.3
45	0.34	1.08	0.695	0.64	30.5


35℃로 온도 조절
0					24	철 첨가 시작
2					28.6	철 첨가 완료
2.5					32
3.5					37	기록된 반응 시작
5	0.32	0.285	1.01	0.28	36
10	0.34	0.52	1.08	0.48	35.4
17	0.34	0.61	1.08	0.56	35.3
25	0.34	0.67	1.08	0.62	35.3
35	0.31	0.68	0.98	0.69	35.3
45	0.34	0.813	1.08	0.75	35.3
60	0.43	1.11	1.36	0.82	35.2

실시예 13: 철산염(VI)의 조절

반응용기는 30℃ 수조안의 30 ml 비이커이다. 차아염소산염/나트륨 수산화물 용액 15g을 가지고 시작한다. 이분 이상, 제 2철 질산염 nonahydrate 결정의 화학량적 양(3g)을 첨가한다. 용기에 표백제를 분당 1.2g의 비율로 펌프작용으로 넣는다. 동시에, 계속적으로 상기 용기에 철 결정을 분당 0.24g의 비율로 철 결정을 공급한다. 20분이 경과한 후에 정지시키며, 이 시간은 하기의 표에 시간=0로 표기하였다. 이 기간동안, 최대 온도는 40℃이지만 대부분은 30℃에 근접하게 유지하였다. 첨가를 끝낸 후에 분광 광도계 분석을 위한 샘플을 수거하였다.

시간, 분	실제 무게, gm	예상 흡광도	실제 흡광도	(VI) 상태에서의 철 단편	실제 반응 온도, ℃
0	0.3267	2.93	1.121	0.38	30.1
10	0.3284	2.94	1.294	0.44	28.8
20	0.3550	3.18	1.466	0.46	28.2

결론

따라서, 당업계의 숙련가는 이용부위에 매우 근접하게 위치해서 철산염을 생성시키는 비교적 용이하고 경제적인 방법을 제공하는 상기 방법, 장치 및 용도를 높이 평가할 것이다.

당업계의 숙련가 누구라도 그것의 본래 특성 뿐만 아니라, 상기에서 언급한 장점 및 결과를 수득하고 목적을 실행하기에 적합한 상기 방법 및 장치를 높이 평가할 것이다. 본문에 기술된 방법, 과정 및 장치는 바람직한 실시태양의 전형이고, 실례일뿐, 본 발명의 범위를 제한하지 않는다. 다른 변화나 용도는 본 발명을 사상을 완수한 당업계의 숙련가에게 자명하며, 청구 범위에 의해 정의된다.

당업계의 숙련가 누구라도 본 발명의 사상과 범위를 변화시키지 않고, 본문에 개시된 발명을 다양하게 치환하고 변형시킬 수 있음이 자명하다.

본 발명의 숙련가는 본문에 정의된 본 발명의 측면 및 실시태양을 각각 분리또는 각각 결합해서 실행할 수 있음이 자명하다. 그러므로, 분리된 실시태양의 조합은 본문에서 주장하는 바와 같은 본 발명의 범주안에 든다.

명세서에서 언급된 모든 특허 및 문헌은 본 발명에 익숙한 당업계의 숙련가의 수준에서 확인하고 이해할 수 있다.

본 명세서에 기술된 본 발명은 본 명세서에 특별히 개시하지 않은 어떤 요소 또는 요소들, 제한 또는 제한들 없이도 실행가능할 것이다. 따라서, 예를 들면, "포함하는(comprising)", "필수적으로 구성된(consisting essentially of)" 및 "구성된(consisting of)" 용어는 각각 다른 두개의 용어를 대체하여 사용될 수 있을 것이다. 사용된 용어 및 표현은 설명하기 위한 것일 뿐, 제한하기 위한 것이 아니고, 그러한 용어 및 표현의 사용은 기술되고 묘사된 발명의 균등물 또는 그의 부분으로 제한되지는 않는다. 다양한 변형이 청구된 발명의 범위 내에서 가능하다. 그러므로, 비록 본 발명이 바람직한 실시태양 및 선택적인 특성에 의하여 특별히 기술되지 않았다 할지라도, 본문에 기술된 개념의 변형이나 차이가 당업계의 숙련가에게 가능하고, 그러한 변형이나 차이는 첨부된 청구항에 의하여 정의된 바와 같이 본 발명의 범위로서 인정된다.

추가로, 본 발명의 특징 또는 관점은 마커쉬 그룹(Markush group)의 관점에서 설명되고, 그에 의하여 당업계의 숙련가들은 본 발명이 어떤 독립적인 요소 또는 마커스 그룹요소의 하위그룹의 관점에서 기술되었다는 것을 알 수 있을 것이다. 예를 들면, X가 브롬, 염소, 및 요오드로 구성된 그룹으로부터 선택된다고 기술되었을 경우, X가 브롬이라는 청구항과 X가 브롬 및 염소라는 청구항이 모두 기술될수 있다.

다른 실시태양은 하기의 청구항에 포함된다.

Claims

a) 혼합챔버(mixing chamber)에서 산화제(oxidizing agent) 및 철염(iron salt)을 포함하는 수용액을 혼합하는 단계;

b) 수용액의 적어도 일부분을 반응챔버(reaction chamber)로 전달하는 단계;

c) 반응챔버에서 철산염을 연속적으로 생성하는 단계;

d) 철산염의 적어도 일부분을 반응챔버에 인접한 이용부위(site of use)로 전달하는 단계; 및,

e) 혼합챔버에 부가의 수용액을 가하는 단계를 포함하는, 철산염을 연속적으로 합성하는 방법.
제 1항에 있어서,

수용액에 염기(base)를 가하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는

방법.
제 1항에 있어서,

단계 (b) 부터 (d)까지 반복하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는

방법.
a) 이용부위에 인접한 반응챔버에서 철산염을 연속적으로 생성하는 단계;

b) 철산염을 이용부위에서 수성 혼합물과 접촉시켜, 불순물(impurity)의 적어도 일부분을 산화시키는 단계를 포함하는, 적어도 하나의 불순물을 가지는 수성 혼합물을 이용부위에서 처리하는 방법.
a) 이용부위에 인접한 반응챔버에서 철산염을 연속적으로 생성하는 단계;

b) 철산염을 이용부위에서 수성 혼합물과 접촉시켜, 불순물의 적어도 일부분을 응집시키는 단계를 포함하는, 적어도 하나의 불순물을 가지는 수성 혼합물을 이용부위에서 처리하는 방법.
제 4항 또는 제 5항에 있어서,

a) 혼합챔버에서 산화제 및 철염을 포함하는 수용액을 혼합하는 단계;

b) 수용액의 적어도 일부분을 반응챔버로 전달하는 단계;

c) 반응챔버에서 철산염을 연속적으로 생성하는 단계;

d) 철산염의 적어도 일부분을 반응챔버에 인접한 이용부위로 전달하는 단계;및,

e) 혼합챔버에 부가의 수용액을 가하는 단계를 포함하는 철산염을 연속적으로 생성하는

방법.
제 6항에 있어서,

수용액에 염기를 첨가하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는

방법.
a) 일차 보유챔버(holding chamber);

b) 이차 보유챔버;

c) 전기 일차 보유챔버의 내용물과 전기 이차 보유챔버의 내용물이 첨가되어 일차 혼합물이 형성되고, 일차 보유챔버 및 이차 보유챔버와 조절가능하게 연결된 혼합챔버;

d) 일차 혼합물을 수용하여 일정시간동안 보유하도록 전기 혼합챔버와 조절가능하게 연결된 반응챔버;

e) 전기 반응챔버의 철산염 혼합물; 및,

f) 전기 철산염 혼합물을 이용부위로 이동시키기에 적합한 반응챔버의출구(output opening)를 포함하는, 반응챔버에 인접한 이용부위로 전달되는 철산염을 연속적으로 합성하는 장치.
제 8항에 있어서,

혼합챔버는 온도조절장치를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는

장치.
제 1항의 방법에 의해 생성되는 철산염과 식수(drinking water)를 생성부위(generation site)에 인접한 부위에서 접촉시키는 단계를 포함하는, 식수를 정제하는 방법.
제 1항의 방법에 의해 생성되는 철산염과 폐수(waste water)를 생성부위에 인접한 부위에서 접촉시키는 단계를 포함하는, 폐수를 정화하는 방법.
제 1항의 방법에 의해 생성되는 철산염과 하수(sewage)를 생성부위에 인접한 부위에서 접촉시키는 단계를 포함하는, 하수를 정화하는 방법.
a) 철염 및 산화제의 혼합물을 제공하는 단계;

b) 혼합물의 적어도 일부분을 열챔버(heating chamber)에 연속적으로 전달하는 단계;

c) 혼합물을 열챔버에서 승온(elevated temperature)에 노출시켜, 철산염을 생성하는 단계;

d) 단계 b)에서 생성된 철산염의 적어도 일부분을 열챔버로부터 제거하는 단계; 및,

e) 열챔버에 부가의 혼합물을 가하는 단계를 포함하는, 철산염을 연속적으로 합성하는 방법.
a) 보유챔버;

b) 전기 보유챔버 내용물의 적어도 일부분이 운반기(mover)로 이동되도록 보유챔버에 조절가능하게 연결된 운반기;

c) 전기 운반기의 적어도 일부분을 이동시키는 열챔버;

d) 운반기의 내용물이 전기 열챔버에 인접한 이용부위로 이동하기에 적합한 열챔버의 출구를 포함하는, 철산염을 연속적으로 합성하는 장치.
제 14항에 있어서,

열챔버는 온도조절장치를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는

장치.
a) 철염용액을 철산염용액으로 변환시키기에 충분한 전류를 제공하는 두개의 전극 및 철염용액을 포함하는 혼합챔버;

b) 일정시간동안 철산염용액을 보유하고, 전기 혼합챔버와 조절가능하게 연결된 반응챔버; 및,

c) 혼합물을 전기 반응챔버에 인접한 이용부위로 이동시키기에 적합한 반응챔버의 출구를 포함하는, 철산염을 연속적으로 합성하는 장치.
a) 적어도 두개의 전극을 포함하는 혼합챔버에 철염을 포함하는 수용액을 연속적으로 공급하는 단계;

b) 이온염의 적어도 일부분을 철산염으로 변환시키기 위해 적어도 두개의 전극에 충분한 전류를 공급하는 단계;

c) 반응챔버에 인접한 이용부위에 철산염의 적어도 일부분을 전달하는 단계; 및,

d) 혼합챔버에 부가의 수용액을 가하는 단계를 포함하는, 철산염을 연속적으로 생성하는 방법.
제 17항에 있어서,

수용액에 염기를 첨가하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는

방법.
a) 혼합챔버에 철염 및 산화제를 포함하는 수용액을 혼합하여 철산염용액을 생성하는 단계;

b) 혼합챔버에 인접한 이용부위에 철산염용액의 적어도 일부분을 전달하는 단계를 포함하는, 철산염을 합성하는 방법.