KR20210082433A

KR20210082433A - 이산화 염소 발생 장치

Info

Publication number: KR20210082433A
Application number: KR1020217007121A
Authority: KR
Inventors: 쇼헤이 츠지모토
Original assignee: 다이꼬 파마슈티컬 컴퍼니 리미티드
Priority date: 2018-10-29
Filing date: 2019-10-21
Publication date: 2021-07-05
Also published as: JPWO2020090538A1; JP7401103B2; TW202034966A; CN112672770A; WO2020090538A1; TWI813799B

Abstract

본 발명은, 종래의 이산화 염소 발생 장치와 비교하여, 보다 간단한 구성으로, 장기간 안정적으로 이산화 염소를 발생시킬 수 있는 장치를 제공하는 것을 과제로 하였다. 그 해결수단으로서는, 아염소산염 수용액과 촉매와의 반응을 이용한 신규한 이산화 염소 발생 장치를 제공한다.

Description

이산화 염소 발생 장치

본 발명은, 신규한 이산화 염소 발생 장치에 관한 것이다.

이산화 염소 가스는, 저농도(예를 들어 0.1ppm 이하)에서는 동물의 생체에 대하여 안전한 가스인 반편, 그러한 저농도에서도, 세균·진균·바이러스 등의 미생물에 대한 실활 작용이나, 소취 작용 등을 가지고 있다는 것이 알려져 있다.

이산화 염소의 발생 방법으로서는, 예를 들어 용존 이산화 염소 가스, 아염소산염 수용액 및 pH 조정제를 포함하는 조성물에 의해, 안정적으로 이산화 염소를 발생시키는 방법(특허문헌 1)이나, 아염소산염을 함유하는 전해액을 전기 분해하여 이산화 염소를 제조하는 방법이 알려져 있다(특허문헌 2).

또한, 최근, 고형의 아염소산염에 가시광을 조사함으로써 이산화 염소를 발생시키는 장치도 제안되어 있다(특허문헌 3)

WO/2008/111357 WO/2009/154143 WO/2015/098732

본 발명은, 종래의 이산화 염소 발생 장치와 비교하여, 보다 간단한 구성으로, 장기간 안정적으로 이산화 염소를 발생시킬 수 있는 장치를 제공하는 것을 과제로 하였다.

본 발명자들은, 예의 연구를 거듭한 결과, 아염소산염 수용액과 촉매와의 반응에 의한 이산화 염소 발생 메커니즘을 이용한, 신규한 이산화 염소 발생 장치의 개발에 성공하고, 본 발명을 완성시키기에 이르렀다.

즉 본 발명은, 일 실시 형태는, 버블링 기구를 구비한 이산화 염소 발생 장치이며,

상기 장치는, 반응용 용기와 공기 도입 장치를 포함하고,

상기 반응용 용기는, 아염소산염 수용액과 촉매를 포함하고,

상기 반응용 용기와 상기 공기 도입 장치는 도관에 의해 접속되어 있고,

상기 공기 도입 장치의 작동 시에, 상기 반응용 용기 중의 아염소산염 수용액에 공기가 버블링되고,

버블링되는 공기가 상기 촉매에 접촉하도록 구성되어 있고,

상기 장치를 2주일 동안 계속해서 작동시킨 시점에 있어서 상기 장치로부터 방출되는 공기에 포함되는 이산화 염소 농도가, 상기 장치를 1주일 동안 계속해서 작동시킨 시점에 있어서 상기 장치로부터 방출되는 공기에 포함되는 이산화 염소 농도와 비교하여, 적어도 50% 이상 유지되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시 형태에 있어서는, 상기 반응용 용기는, 적어도 부분적으로 개방되어 있고, 상기 반응용 용기 내에서 생성된 이산화 염소를 포함하는 공기가 상기 장치의 외부로 방출되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시 형태에 있어서는, 전기 분해 기구를 포함하지 않는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시 형태에 있어서는, 상기 아염소산염 수용액이, 아염소산 알칼리 금속염 수용액 또는 아염소산 알칼리 토류 금속염 수용액인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시 형태에 있어서는, 상기 아염소산 알칼리 금속염 수용액이, 아염소산 나트륨 수용액, 아염소산 칼륨 수용액 또는 아염소산 리튬 수용액이며, 아염소산 알칼리 토류 금속염 수용액이, 아염소산 칼슘 수용액, 아염소산 마그네슘 수용액 또는 아염소산 바륨 수용액인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시 형태에 있어서는, 상기 아염소산염 수용액의 농도가 0.01 내지 45중량%인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시 형태에 있어서는, 상기 촉매가, 고체 촉매인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시 형태에 있어서는, 상기 촉매가, 금속계 촉매, 광물계 촉매, 탄소계 촉매 또는 이들의 조합인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시 형태에 있어서는, 상기 금속 촉매가, 백금(Pt), 루테늄(Rh), 로듐(Rh), 팔라듐(Pd), 이리듐(Ir), 오스뮴(Os), 철(Fe), 구리(Cu), 망간(Mn), 코발트(Co), 니켈(Ni), 몰리브덴(Mo) 또는 이들의 금속의 화합물을 포함하는 촉매이며, 상기 광물계 촉매가, 실리카(Si) 또는 실리카를 포함하는 화합물을 포함하는 촉매이며, 상기 탄소계 촉매가, 활성탄을 포함하는 촉매인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시 형태에 있어서는, 상기 촉매가, 담체에 담지되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시 형태에 있어서는, 상기 담체가, 티타늄, 밸브 금속, 스테인리스, 니켈, 세라믹스, 탄소 및 다공질 물질로 이루어지는 군으로부터 선택되는 재료를 포함하는 담체인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시 형태에 있어서는, 상기 공기 도입 장치가, 상기 이산화 염소 발생 장치의 유로 시작점으로부터 상기 유로 내로 공기를 도입하는 장치 또는 상기 이산화 염소 발생 장치의 유로 종점으로부터 상기 유로 내의 공기를 흡인하는 장치인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시 형태에 있어서는, 상기 공기 도입 장치가, 전동식의 에어 펌프인 것을 특징으로 한다.

상기에 든 본 발명의 1 또는 복수의 특징을 임의로 조합한 발명도, 본 발명의 범위에 포함된다.

본 발명은, 종래의 이산화 염소 발생 방법/발생 장치에 대하여, 적어도 이하의 하나 이상의 이점을 갖는다.

(1) 안전성, 내구성의 향상

본 발명은, 아염소산염과 촉매와의 반응에 의한 이산화 염소의 발생을 이용한다. 이 방법에서는, 급격한 반응에 의해 대량의 이산화 염소가 발생할 리스크가 거의 없고, 또한, 이산화 염소 가스 이외의 유해 가스가 발생하지 않는다는 것이 확인되어 있기 때문에, 아염소산염에 산성 물질을 첨가하여 이산화 염소를 발생시키는 방법이나, 전기 분해를 사용하는 방법과 비교하여 안전성이 높다(예를 들어 전기 분해에 의한 이산화 염소 발생에 있어서는, 전해액이 열화되면 염소 가스나 수소 가스 등이 발생할 수 있다). 또한, 본 발명의 장치 동력은 공기 도입 장치뿐이기 때문에, 장치의 고장 리스크가 낮고, 또한, 장치가 고장났을 경우의 수선도 용이하다.

(2) 메인터넌스 프리

본 발명은, 간소한 구조에도 불구하고, 적어도 2주일 이상(바람직하게는 3주일 이상, 보다 바람직하게는 1개월 이상)에 걸쳐 메인터넌스 없이 안정적으로 이산화 염소를 발생시킬 수 있다. 또한, 아염소산염 수용액이 수명에 달했을 때는, 아염소산염 수용액을 교환하는 것만으로 장치의 가동을 계속할 수 있다.

(3) 소형화, 비용 절감

본 발명은, 예를 들어 전기 분해에 의한 이산화 염소 발생 장치 등과 비교하여 극히 간단한 구조이기 때문에, 장치의 소형화나 비용 절감이 가능하다.

도 1은 본 발명의 설계예를 나타낸다.
도 2는 실험 1의 결과(이산화 염소의 발생량)를 나타낸다.
도 3은 실험 2의 결과(발생 가스의 정성 분석)를 나타낸다.
도 4는 실험 3의 결과를 나타낸다.

본 발명을 실시하기 위한 형태를, 도 1에 도시하는 설계예를 사용하여 설명한다.

설계예

도 1에 도시하는 본 발명의 일 실시 형태에 관한 이산화 염소 발생 장치는, 공기 도입 장치(1)와 반응용 용기(3)를 구비하고, 반응용 용기(3)는 아염소산염 수용액(4) 및 촉매(5)를 포함한다. 공기 도입 장치(1)와 반응용 용기(3)와는 도관(2)에 의해 접속되어 있다.

반응용 용기(3)에 있어서는, 아염소산염 수용액(4)과 촉매(5)와의 반응에 의해, 이산화 염소가 생성된다. 공기 도입 장치(1)가 작동하면, 도관(2)을 개재하여 제공되는 공기가 반응용 용기(3) 중에 버블링되어, 아염소산염 수용액(4) 및 촉매(5)를 교반한다. 버블링에 의해 아염소산염 수용액(4)과 촉매(5)가 교반되면, 촉매(5)의 표면에서 생성된 이산화 염소가 촉매 표면으로부터 유리되고, 다시 촉매(5)의 표면에서 이산화 염소가 생성된다. 버블링에 의해 유리된 이산화 염소는, 반응용 용기(3)의 상부에 마련된 도관(2')으로부터, 공기와 함께 장치 밖으로 방출된다.

즉, 도 1에 도시하는 본 발명의 이산화 염소 발생 장치는, 공기 도입 장치(1)를 중심으로 하는 버블링 기구를 구비함으로써, 아염소산염 수용액(4)과 촉매(5)와의 반응을 촉진시키면서, 생성된 이산화 염소를 장치 밖으로 방출할 수 있다.

이상에 있어서, 설계예를 참조하여 본 발명의 내용을 설명했지만, 본 발명은 여러가지 양태에 의해 구현화할 수 있고, 여기에 기재되는 설계예로 한정되는 것으로서 해석되어서는 안된다. 예를 들어 본 발명의 일 실시 형태에 있어서는, 장치를 구성하는 용기나 도관의 배치를 다양하게 변경함으로써, 장치의 크기나 형상을 최적화할 수 있다.

본 발명에서 사용되는 아염소산염으로서는, 예를 들어 아염소산 알칼리 금속염이나 아염소산 알칼리토류 금속염을 들 수 있다. 아염소산 알칼리 금속염으로서는, 예를 들어 아염소산 나트륨·아염소산칼륨·아염소산 리튬을 들 수 있고, 아염소산 알칼리 토류 금속염으로서는, 아염소산 칼슘·아염소산 마그네슘·아염소산 바륨을 들 수 있다. 그 중에서도, 입수가 용이하다는 점에서, 아염소산 나트륨·아염소산 칼륨이 바람직하고, 아염소산 나트륨이 가장 바람직하다. 이것들 아염소산 알칼리는 1종을 단독으로 사용해도 좋고, 2종 이상을 병용해도 상관없다. 아염소산염 수용액에 있어서의 아염소산 알칼리의 비율은, 0.01중량% 내지 45중량%인 것이 바람직하다. 0.01중량% 미만의 경우는, 이산화 염소의 발생에 필요한 아염소산염이 단기간에 고갈될 가능성이 있고, 45중량%를 초과하는 경우는, 아염소산염이 포화되어 결정이 석출되기 쉽다고 하는 문제가 발생할 가능성이 있다. 안전성이나 안정성, 이산화 염소의 발생 효율 등을 감안했을 경우, 바람직한 범위는, 0.1중량% 내지 25중량%이고, 보다 바람직한 범위는 1중량% 내지 20중량%이며, 더욱 바람직한 범위는 2 내지 15%이다.

본 발명의 장치에서 사용하는 촉매는, 아염소산염 수용액과 반응하여 이산화 염소를 발생시키는 촉매라면 한정되지 않지만, 반응 정지 시에 있어서 아염소산염 수용액과 분리될 필요가 있기 때문에, 고체 촉매(또는 불균일계 촉매)인 것이 바람직하다. 본 발명의 장치에 사용할 수 있는 고체 촉매의 예로서는, 금속 촉매(예를 들어 백금(Pt), 루테늄(Rh), 로듐(Rh), 팔라듐(Pd), 이리듐(Ir), 오스뮴(Os), 철(Fe), 구리(Cu), 망간(Mn), 코발트(Co), 니켈(Ni), 몰리브덴(Mo) 또는 이들의 금속의 화합물), 광물계 촉매(예를 들어 실리카(Si) 또는 실리카를 포함하는 화합물), 탄소계 촉매(예를 들어 활성탄을 포함하는 촉매)를 들 수 있다.

본 발명의 장치에서 사용하는 촉매는, 단독으로 사용되어도 좋지만, 아염소산염 수용액과 촉매와의 반응 효율을 향상시키기 위해서, 담체에 담지된 것을 사용해도 좋다. 촉매가 담지되는 담체는, 아염소산염 수용액과 촉매와의 반응 효율의 향상에 기여하는 한 한정되지 않지만, 예를 들어 티타늄, 밸브 금속, 스테인리스, 니켈, 세라믹스, 탄소 및 다공질 물질로 이루어지는 군으로부터 선택되는 재료를 포함하는 담체인 것이 바람직하다.

본 발명의 장치에서 사용되는 공기 도입 장치는, 장치의 유로 중의 공기 또는 아염소산염 수용액을 한 방향으로 이동시킬 수 있는 것이라면 한정되지 않지만, 예를 들어 전동식의 에어 펌프이어도 좋다. 전동식의 에어 펌프로의 전기의 공급은, 전력 케이블을 통해서 전력 공급 장치로부터 행해도 되고, 전지를 이용해도 된다.

본 발명의 장치에서 사용되는 공기 도입 장치는, 장치의 유로 중의 공기 또는 아염소산염 수용액을 한 방향으로 이동시킬 수 있는 한, 여러가지 위치에 설치할 수 있다. 예를 들어 공기 도입 장치를 유로의 시작점에 설치하고, 유로 내에 공기를 도입해도 되고, 공기 도입 장치를 유로의 도중에 설치하고, 유로 내의 공기를 한 방향으로 이동시켜도 되고, 공기 도입 장치를 유로의 종점에 설치하고, 유로 내의 공기를 흡인함으로써, 장치의 유로 중의 공기 또는 아염소산염 수용액을 한 방향으로 이동시켜도 좋다.

본 발명의 장치에 있어서, 공기 도입 장치에 의해 장치 내의 유로에 도입되는 가스는, 전형적으로는 공기이지만, 예를 들어 질소나 아르곤 등의 불활성화 가스를 사용해도 좋다.

본 발명의 이산화 염소 발생 장치는, 장치에서 발생한 이산화 염소 가스를 장치의 밖으로 방출하기 위한 송풍 팬을 더 구비해도 좋다. 송풍 팬을 구비함으로써, 장치 내에서 발생한 이산화 염소 가스를 효율적으로 장치 밖으로 송출할 수 있고, 또한, 팬의 풍량을 조절함으로써, 장치 밖으로 송출하는 이산화 염소 가스의 양을 조절할 수도 있다. 예를 들어 이산화 염소 가스의 발생량이 비교적 많은 경우는, 송풍 팬의 풍량을 강화함으로써 장치 밖의 이산화 염소 가스를 보다 멀리로 확산시키고, 이산화 염소 가스의 발생량이 비교적 적은 경우에는, 송풍 팬의 풍량을 약화시킴으로써 장치 밖의 이산화 염소 가스가 필요 이상으로 확산되는 것을 방지함으로써, 장치 밖의 이산화 염소 가스 농도가 일정한 범위 내로 수렴되도록 조절할 수 있다.

본 명세서에서 사용되는 용어는, 특정한 실시 양태를 설명하기 위해서 사용되는 것이며, 발명을 한정하는 의도가 아니다.

또한, 본 명세서에서 사용되는 "포함한다"라는 용어는, 문맥상 명백하게 다른 이해를 해야 하는 경우를 제외하고, 기재된 사항(부재, 스텝, 요소 또는 숫자 등)이 존재하는 것을 의도하는 것이며, 그 이외의 사항(부재, 스텝, 요소 또는 숫자 등)이 존재하는 것을 배제하지 않는다.

다른 정의가 없는 한, 여기에 사용되는 모든 용어(기술 용어 및 과학 용어를 포함한다.)는, 본 발명이 속하는 기술의 당업자에 의해 넓게 이해되는 것과 같은 의미를 갖는다. 여기에 사용되는 용어는, 다른 정의가 명시되어 있지 않은 한, 본 명세서 및 관련 기술 분야에 있어서의 의미와 정합적인 의미를 갖는 것으로서 해석되어야 하며, 이상화되거나, 과도하게 형식적인 의미에서 해석되어서는 안된다.

본 발명의 실시 양태는 모식도를 참조하면서 설명되는 경우가 있지만, 모식도일 경우, 설명을 명확히 하기 위해서, 과장되게 표현되어 있는 경우가 있다.

본 명세서에 있어서, 예를 들어 "1 내지 10w/w%"라고 표현되어 있는 경우, 당업자는, 당해 표현이, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 또는 10w/w%을 개별 구체적으로 가리키는 것을 이해한다.

본 명세서에 있어서, 성분 함유량이나 수치 범위를 나타내는데 사용되는 모든 수치는, 특별히 명시가 없는 한, 용어 "약"의 의미를 포함하는 것으로서 해석된다. 예를 들어 "10배"란, 특별히 명시가 없는 한, "약 10배"를 의미하는 것으로 이해된다.

본 명세서 중에 인용되는 문헌은, 그것들의 모든 개시가, 본 명세서 중에 원용되어 있다고 간주되어야 하며, 당업자는, 본 명세서의 문맥에 따라, 본 발명의 정신 및 범위를 일탈하지 않고, 그것들의 선행기술 문헌에서의 관련되는 개시 내용을, 본 명세서의 일부로서 원용해서 이해한다.

실시예

본 발명의 효과를 확인하기 위해서 이하의 실험을 행하였다.

[실험 1. 촉매와 아염소산염 수용액과의 반응]

도 1에 도시하는 장치를 사용하여, 이산화 염소 발생 실험을 행하였다. 촉매로서는 티타늄(담체)에 백금 베이스의 촉매를 담지시킨 것을 사용하고, 아염소산염 수용액은 1% 아염소산염 나트륨 수용액 1L를 사용하였다. 공기 도입 장치(1)를 사용하여, 아염소산염 수용액(4) 및 촉매(5)를 포함하는 반응용 용기(3)에, 약 1L/min의 유량으로 공기를 버블링시켰다. 한편, 컨트롤로서, 촉매를 사용하지 않는 것 이외에는 상기와 동일한 조건에서 장치를 작동시켰다.

두 조건에서의 이산화 염소 발생량의 비교를 도 2에 도시한다. 도 2에 도시한 바와 같이, 촉매를 사용하는 조건에서는 이산화 염소가 발생했지만, 촉매를 사용하지 않는 조건에 있어서는 이산화 염소가 발생하지 않았다. 즉, 본 발명의 장치에서 이산화 염소를 발생시키기 위해서는 촉매가 필요하다는 것이 확인되었다.

[실험 2. 발생 가스의 정성 분석]

실험 1의 방법에서 발생한 가스를 수집하고, 그 성분을 이온 크로마토그래피에 의해 정성 분석을 행하였다. 그 결과를 도 3에 도시한다. 도 3에 도시한 바와 같이, 아염소산염과 촉매와의 반응에 의해 발생한 가스 성분은, 실질적으로 이산화 염소뿐이었다.

[실험 3.장시간의 가동성의 검증]

실험 1에서 사용한 장치(도 1에 도시하는 장치)를 사용하여, 장시간의 장치 가동 테스트를 행하였다. 그 결과를 도 4에 도시한다. 도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명의 장치는, 약 1개월간, 안정적으로 이산화 염소를 발생시킬 수 있었다.

이상과 같이, 본 발명은, 종래의 이산화 염소 발생 장치와 비교하여 극히 간소한 구조임에도 불구하고 장기간 안정적으로 이산화 염소를 발생시킬 수 있다.

Claims

버블링 기구를 구비한 이산화 염소 발생 장치이며,
상기 장치는, 반응용 용기와 공기 도입 장치를 포함하고,
상기 반응용 용기는, 아염소산염 수용액과 촉매를 포함하고,
상기 반응용 용기와 상기 공기 도입 장치는 도관에 의해 접속되어 있고,
상기 공기 도입 장치의 작동 시에, 상기 반응용 용기 중의 아염소산염 수용액에 공기가 버블링되고, 버블링되는 공기가 상기 촉매에 접촉하도록 구성되어 있고,
상기 장치를 2주일 동안 계속해서 작동시킨 시점에 있어서 상기 장치로부터 방출되는 공기에 포함되는 이산화 염소 농도가, 상기 장치를 1주일 동안 계속해서 작동시킨 시점에 있어서 상기 장치로부터 방출되는 공기에 포함되는 이산화 염소 농도와 비교하여 적어도 50% 이상 유지되는 것을 특징으로 하는 장치.
제1항에 있어서,
상기 반응용 용기는, 적어도 부분적으로 개방되어 있고, 상기 반응용 용기 내에서 생성된 이산화 염소를 포함하는 공기가 상기 장치의 외부로 방출되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.
제1항에 있어서,
전기 분해 기구를 포함하지 않는 것을 특징으로 하는 장치.
제1항에 있어서,
상기 아염소산염 수용액이, 아염소산 알칼리 금속염 수용액 또는 아염소산 알칼리 토류 금속염 수용액인 것을 특징으로 하는 장치.
제4항에 있어서,
상기 아염소산 알칼리 금속염 수용액이, 아염소산 나트륨 수용액, 아염소산 칼륨 수용액 또는 아염소산 리튬 수용액이며,
아염소산 알칼리 토류 금속염 수용액이, 아염소산 칼슘 수용액, 아염소산 마그네슘 수용액 또는 아염소산 바륨 수용액인 것을 특징으로 하는 장치.
제1항에 있어서,
상기 아염소산염 수용액의 농도가 0.01 내지 45중량%인 것을 특징으로 하는 장치.
제1항에 있어서,
상기 촉매가, 고체 촉매인 것을 특징으로 하는 장치.
제7항에 있어서,
상기 촉매가, 금속계 촉매, 광물계 촉매, 탄소계 촉매 또는 이들의 조합인 것을 특징으로 하는 장치.
제8항에 있어서,
상기 금속 촉매가, 백금(Pt), 루테늄(Rh), 로듐(Rh), 팔라듐(Pd), 이리듐(Ir), 오스뮴(Os), 철(Fe), 구리(Cu), 망간(Mn), 코발트(Co), 니켈(Ni), 몰리브덴(Mo) 또는 이들의 금속의 화합물을 포함하는 촉매이며,
상기 광물계 촉매가, 실리카(Si) 또는 실리카를 포함하는 화합물을 포함하는 촉매이며,
상기 탄소계 촉매가, 활성탄을 포함하는 촉매인 것을 특징으로 하는 장치.
제1항에 있어서,
상기 촉매가, 담체에 담지되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
제10항에 있어서,
상기 담체가, 티타늄, 밸브 금속, 스테인리스, 니켈, 세라믹스, 탄소 및 다공질 물질로 이루어지는 군으로부터 선택되는 재료를 포함하는 담체인 것을 특징으로 하는 장치.
제1항에 있어서,
상기 공기 도입 장치가, 상기 이산화 염소 발생 장치의 유로 시작점으로부터 상기 유로 내로 공기를 도입하는 장치 또는 상기 이산화 염소 발생 장치의 유로 종점으로부터 상기 유로 내의 공기를 흡인하는 장치인 것을 특징으로 하는 장치.
제12항에 있어서,
상기 공기 도입 장치가, 전동식의 에어 펌프인 것을 특징으로 하는 장치.