KR20230002350A - 이산화염소 발생 장치 및 이산화염소 발생 방법 - Google Patents

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KR20230002350A
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다이꼬 파마슈티컬 컴퍼니 리미티드
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Abstract

[과제]
본 발명은, 종래의 이산화염소 발생 장치와 비교하여 보다 간단한 구성으로, 급속히 충분한 양의 이산화염소를 발생시킬 수 있는 장치를 제공하는 것을 과제로 하였다.
[해결수단]
아염소산염 수용액과 촉매와 완충 작용을 갖는 염의 반응을 이용한, 신규한 이산화염소 발생 장치를 제공한다.

Description

이산화염소 발생 장치 및 이산화염소 발생 방법
본 발명은, 신규한 이산화염소 발생 장치 및 이산화염소 발생 방법에 관한 것이다.
이산화염소 가스는 저농도(예를 들어, 0.1 ppm 이하)에서는 동물의 생체에 대하여 안전한 가스인 한편, 이러한 저농도에서도 세균·진균·바이러스 등의 미생물에 대한 실활 작용이나, 탈취 작용 등을 갖는 것이 알려져 있다.
이산화염소의 발생 방법으로는, 예를 들어, 용존 이산화염소 가스, 아염소산염 수용액 및 pH 조정제를 포함하는 조성물에 의해 안정적인 이산화염소를 발생시키는 방법(특허문헌 1)이나, 아염소산염을 함유하는 전해액을 전기분해하여 이산화염소를 제조하는 방법이 알려져 있다(특허문헌 2).
또한, 최근 고형의 아염소산염에 가시광을 조사함으로써 이산화염소를 발생시키는 장치도 제안되었다(특허문헌 3).
특허문헌 1: WO2008/111357 특허문헌 2: WO2009/154143 특허문헌 3: WO2015/098732
본 발명은, 종래의 이산화염소 발생 장치와 비교하여, 보다 간단한 구성으로 급속히 충분한 양의 이산화염소를 발생시킬 수 있는 장치를 제공하는 것을 과제로 하였다.
본 발명은 고체 촉매의 존재 하에서 아염소산염을 포함하는 반응 용액을 지속적으로 교반함으로써, 장시간에 걸쳐 안정적으로 이산화염소를 발생시킬 수 있다는 본 발명자들에 의한 발견에 기초한다. 본 발명자들은 아염소산염을 포함하는 반응 용액에 완충 작용을 갖는 염을 첨가하여, 상기 원리를 이용하여 실용적으로 충분한 양의 이산화염소를 급속히 발생시키는 데 성공함으로써, 본 발명을 완성시키는 것에 도달했다.
본 발명은 일 실시형태에 있어서, 반응용 용기, 반응 개시/정지 기구, 고체 촉매 및 용액 교반 기구를 구비한 이산화염소 발생 장치로서,
상기 반응용 용기는, 이산화염소 발생 반응시에 반응 용액을 포함하고,
상기 반응 용액은, 아염소산염 및 완충 작용을 갖는 염을 포함하고,
상기 반응 개시/정지 기구는, 상기 고체 촉매와 상기 반응 용액을 접촉시킴으로써 이산화염소 발생 반응을 개시시키고, 상기 고체 촉매와 상기 반응 용액을 분리함으로써 이산화염소 발생 반응을 정지시키도록 설계되어 있으며,
상기 용액 교반 기구는, 이산화염소 발생 반응시에 상기 반응 용액을 교반하도록 설계되어 있는, 장치에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 완충 작용을 갖는 염이, 탄산수소염 또는 인산수소염인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 탄산수소염이, 탄산수소나트륨, 탄산수소칼륨, 탄산수소칼슘 또는 탄산수소암모늄이고,
상기 인산수소염이, 인산수소이나트륨, 인산수소이칼륨, 인산수소칼슘 또는 인산수소이암모늄인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 반응 용액 중의 상기 완충 작용을 갖는 염의 농도가 0.1~63 중량%인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 아염소산염이, 아염소산알칼리금속염 또는 아염소산알칼리토류금속염인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 아염소산알칼리금속염이, 아염소산나트륨, 아염소산칼륨, 또는 아염소산리튬이고,
아염소산알칼리토류금속염이, 아염소산칼슘, 아염소산마그네슘 또는 아염소산바륨인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 반응 용액 중의 상기 아염소산염의 농도가 0.01∼45 중량%인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 촉매가, 금속계 촉매, 광물계 촉매, 탄소계 촉매 또는 이들의 조합인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 금속계 촉매가, 백금(Pt), 루테늄(Ru), 로듐(Rh), 팔라듐(Pd), 이리듐(Ir), 오스뮴(Os), 철(Fe), 구리(Cu), 망간(Mn), 코발트(Co), 니켈(Ni), 몰리브덴(Mo), 또는 이들 금속의 화합물, 을 포함하는 촉매이고,
상기 광물계 촉매가, 규소(Si), 또는 규소를 포함하는 화합물, 을 포함하는 촉매이며,
상기 탄소계 촉매가, 활성탄을 포함하는 촉매인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 촉매가, 담체에 담지되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 담체는, 티탄, 밸브 금속, 스테인리스, 니켈, 세라믹스, 탄소, 및 다공질 물질로 이루어지는 군으로부터 선택되는 재료를 포함하는 담체인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 용액 교반 기구는, 버블링식 교반 기구, 스터러(stirrer)식 교반 기구, 교반 날개식 교반 기구, 또는 진탕식 교반 기구인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 반응용 용기는, 적어도 부분적으로 개방되어 있고, 상기 반응용 용기 내에서 발생된 이산화염소를 포함하는 공기가 상기 장치의 외부로 방출되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시양태는, 이산화염소의 발생 방법으로서,
고체 촉매의 존재 하에서, 아염소산염 및 완충 작용을 갖는 염을 포함하는 반응 용액을 지속적으로 또는 정기적으로 교반하는 단계,
를 포함하는 방법에 관한 것이다.
상기에서 언급한 본 발명의 하나 또는 복수의 특징을 임의로 조합한 발명도 본 발명의 범위에 포함된다.
본 발명은 종래의 이산화염소 발생 방법/발생 장치에 대해, 적어도 이하의 하나 이상의 이점을 갖는다.
(1) 안전성
본 발명의 방법 및 장치는 아염소산염과 촉매와 완충 작용을 갖는 염과의 반응에 의한 이산화염소의 발생을 이용한다. 이 방법에서는, 반응 용액과 촉매의 분리, 또는 용액 교반의 정지에 의해 이산화염소 발생을 용이하게 제어할 수 있으며, 이산화염소 가스 이외의 유해 가스가 발생하지 않는 것이 확인되었다. 따라서, 본 발명의 방법은 아염소산염에 산성 물질을 첨가하여 이산화염소를 발생시키는 방법이나 전기 분해를 이용한 방법과 비교하여 안전성이 높다(예를 들어, 전기 분해에 의한 이산화염소의 발생에서는 전해액이 열화되면 염소 가스 또는 수소 가스 등이 발생할 수 있다).
(2) 장치의 내구성
본 발명의 장치는 구성이 비교적 간단하기 때문에, 고장의 위험이 낮고 또한 장치가 고장될 경우의 수선도 용이하다.
(3) 이산화염소 발생 효율
본 발명의 방법 및 장치는 비교적 간단한 구성에도 불구하고, 안정적으로 고효율로 이산화염소를 발생시킬 수 있다(본원 명세서의 실시예 참조할 것).
(4) 소형화 및 비용 절감
본 발명의 장치는 예를 들어, 전기 분해에 의한 이산화염소 발생 장치 등과 비교하여 간단한 구조이기 때문에, 장치의 소형화나 비용 절감이 가능하다.
도 1은 본 발명의 방법을 사용한 장치의 가장 간단한 설계예를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 설계예의 외관을 나타낸다.
도 3은 본 발명의 설계예의 작동시의 단면도를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 설계예의 반응 정지시의 단면도를 나타낸다.
도 5는 실험 1의 결과(조건 1~3의 비교) 데이터를 나타낸 것이다.
도 6은 실험 2의 결과(조건 1 및 4의 비교) 데이터를 나타낸다.
도 7은 실험 2의 결과(조건 2, 5 및 6의 비교) 데이터를 나타낸다.
도 8은 실험 2의 결과(조건 6 및 7의 비교)를 그래프로 나타낸 것이다.
도 9는 실험 3에 사용한 장치의 개요를 나타낸다.
도 10은 실험 3의 결과(조건 8 및 9의 비교)를 그래프로 나타낸 것이다.
도 11은 실험 3의 결과(조건 10 및 11의 비교)를 그래프로 나타낸 것이다.
도 12는 실험 4에 사용한 장치의 개요를 나타낸다.
도 13은 실험 4의 결과(조건 1 및 12의 비교)를 그래프로 나타낸 것이다.
본 발명을 구현하기 위한 형태를, 도 1 내지 도 4에 나타낸 설계예를 사용하여 설명한다.
본 발명의 방법을 사용한 장치의 가장 간단한 설계예를 도 1에 나타낸다. 공기 도입 장치(1)에 접속된 가스 공급관(2)으로부터 반응 용액(4)을 포함하는 반응 용기(3)에 공기가 버블링됨으로써 반응 용액(4)이 교반된다. 반응 용액(4)은 반응제(5)(완충작용을 갖는 염)를 함유하는 아염소산염 수용액이다. 반응 용액(4)과 고체 촉매(6)를 접촉시킴으로써 이산화염소를 발생시키는 반응이 개시되고, 반응 용액(4)과 고체 촉매(6)를 분리함으로써 반응이 정지된다. 또한, 본 발명의 방법 및 장치에 의한 이산화염소 발생 효과에 대해서는, 본원의 실시예를 참조한다.
또한, 도 2 내지 도 4에 보다 구체적인 장치의 설계예를 나타낸다. 도 2는 장치의 외관을 나타내고, 도 3은 작동시 장치의 단면도를 나타내며, 도 4는 반응 정지시의 장치의 단면도를 나타낸다. 반응용 용기(17)는 반응 용액(18)(반응제(19)를 포함하는 아염소산나트륨 수용액)을 포함한다. 반응 용액(18)은 공기 도입 장치 (11)에 접속된 가스 공급관 (12)에 의해 버블링됨으로써 교반된다. 장치는 고체 촉매(15)를 포함하는 반응 개시/정지 기구(13, 14, 15)를 구비한다. 고체 촉매(15)는 와이어(14)를 통해 스테핑 모터(13)에 접속되어 있으며, 스테핑 모터(13)의 작동에 의해 상하로 이동할 수 있다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 고체 촉매(15)가 반응 용액(18)과 접촉하는 상태로 하면, 이산화염소가 발생한다. 반면, 도 4에 나타낸 바와 같이, 와이어(14)를 감아 올려, 고체 촉매(15)가 반응 용액(18)에 접촉하지 않는 상태로 하면, 이산화염소의 발생은 정지한다.
이상에 있어서, 설계예를 참조하여 본 발명의 내용을 설명했으나, 본 발명은 여러 가지 양태에 의해 구현화될 수 있으며, 여기에 기재된 설계예에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시형태에 있어서, 장치를 구성하는 용기, 도관의 배치, 반응 개시/정지 기구 등을 다양하게 변경함으로써, 장치를 최적화할 수 있다.
본 발명의 방법 및 장치에서 사용되는 반응 용액은 아염소산염 및 완충 작용을 갖는 염을 포함한다.
본 발명에서 사용되는 아염소산염으로는, 예를 들어 아염소산알칼리금속염이나 아염소산알칼리토류금속염을 들 수 있다. 아염소산알칼리금속염으로서는, 예를 들어 아염소산나트륨·아염소산칼륨·아염소산리튬을 들 수 있고, 아염소산알칼리토류금속염으로서는, 아염소산칼슘·아염소산마그네슘·아염소산바륨을 들 수 있다. 그 중에서도 입수가 용이하다는 점에서 아염소산나트륨·아염소산칼륨이 바람직하고, 아염소산나트륨이 가장 바람직하다. 이들 아염소산소알칼리는 1종을 단독으로 사용할 수도 있고, 2종 이상을 병용할 수도 있다. 반응 용액 중의 아염소산염의 농도는 0.01 중량%~45 중량%인 것이 바람직하다. 농도가 0.01 중량% 미만의 경우는, 이산화염소의 발생에 필요한 아염소산염이 단기간에 고갈될 가능성이 있고, 농도가 45 중량%를 초과하는 경우는, 아염소산염이 포화되어 결정이 석출되기 쉽다는 문제가 발생할 가능성이 있다. 안전성이나 안정성, 이산화염소의 발생 효율 등을 고려하면, 바람직한 범위는 0.1 중량%∼25 중량%이고, 보다 바람직한 범위는 1 중량%∼20 중량%이며, 더욱 바람직한 범위는 2 중량%~15 중량%이다.
본 발명에서 사용되는 완충 작용을 갖는 염은, 아염소산염과 촉매의 반응을 촉진하는 염이면, 공지의 다양한 염을 사용할 수 있으나, 예를 들어 탄산수소염 또는 인산수소염을 사용하는 것이 바람직하다. 탄산수소염의 예로는, 탄산수소나트륨, 탄산수소칼륨, 탄산수소칼슘, 탄산수소암모늄 등을 들 수 있다. 인산수소염의 예로는, 인산수소이나트륨, 인산수소이칼륨, 인산수소칼슘, 인산수소이암모늄 등을 들 수 있다.
반응 용액 중의 완충 작용을 갖는 염의 농도는 0.1~63 중량%인 것이 바람직하다. 염의 농도가 0.1 중량% 미만의 경우는, 이산화염소 발생 반응이 불충분해져, 실용상 필요한 이산화염소량이 얻어지지 않을 가능성이 있다. 또한, 염의 농도가 63 중량% 이상인 경우에는, 반응 용액 중의 염이 포화되어 결정이 석출될 가능성이 있다. 안전성이나 안정성, 이산화염소의 발생 효율 등을 고려하면, 바람직한 범위는 1 중량%~50 중량%이고, 보다 바람직한 범위는 5 중량%~45 중량%이며, 더욱 바람직한 범위는 10~40 중량%이다.
본 발명에 있어서 사용하는 촉매는, 아염소산염 수용액과 반응하여 이산화염소를 발생시키는 촉매라면 한정되지 않으나, 반응 정지시에 아염소산염 수용액과 분리될 필요가 있기 때문에, 고체 촉매(또는 불균일계 촉매)인 것이 바람직하다. 본 발명에 사용할 수 있는 고체 촉매의 예로는, 금속 촉매(예를 들어, 백금(Pt), 루테늄(Ru), 로듐(Rh), 팔라듐(Pd), 이리듐(Ir), 오스뮴(Os), 철(Fe), 구리(Cu), 망간(Mn), 코발트(Co), 니켈(Ni), 몰리브덴(Mo), 또는 이들 금속의 화합물), 광물계 촉매(예를 들어, 규소(Si), 또는, 규소를 포함하는 화합물), 탄소계 촉매(예를 들어, 활성탄을 포함하는 촉매)를 들 수 있다.
상기 촉매는 단독으로 사용할 수도 있으나, 담체에 담지된 것을 사용해도 좋다. 촉매가 담지되는 담체는, 아염소산염 수용액과 촉매의 반응 효율의 향상에 기여하는 한 한정되지 않으나, 예를 들어, 티탄, 밸브 금속, 스테인리스, 니켈, 세라믹스, 탄소 및, 다공질 물질로 이루어지는 군으로부터 선택되는 재료를 포함하는 담체인 것이 바람직하다.
본 발명의 장치에 사용되는 반응 개시/정지 기구는, 고체 촉매와 반응 용액을 접촉시킴으로써 이산화염소 발생 반응을 개시시키고, 고체 촉매와 반응 용액을 분리함으로써 이산화염소 발생 반응을 정지시키도록 설계되는 한, 다양한 형태로 실현될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 장치에 사용되는 반응 개시/정지 기구는, (1) 고체 촉매를 이동시킴으로써 상기의 목적을 달성하는 기구, 또는, (2) 반응 용액을 이동시킴으로써 상기의 목적을 달성하는 기구, 중 어느 것이어도 좋다. 예를 들어, 이하의 비한정적인 구체예를 들 수 있다.
(1) 고체 촉매를 이동시키는 기구의 예
·권양 기구(전동 또는 수동): 고체 촉매가 직접 또는 간접적으로 와이어 등의 가는 실에 접속되어 있고, 상기 가는 실을 감아 올림(또는 감아 내림)으로써 고체 촉매와 반응 용액을 접촉시킨다(또는 분리시킨다).
·상하동 기구(전동 또는 수동): 고체 촉매가 직접 또는 간접적으로 직동 기구에 접속되어 있고, 상기 직동 기구를 상하 방향으로 구동함으로써 고체 촉매와 반응 용액을 접촉시킨다(또는 분리시킨다).
(2) 반응 용액을 이동시키는 기구의 예
·추가의 반응 용액 유지 용기: 반응용 용기와는 별도로 반응 용액 유지 용기를 설치하고, 반응 정지시에는 반응 용액을 반응 용액 유지 용기로 이동시킴으로써 고체 촉매(반응용 용기에 잔존)와 반응 용액을 분리하고, 반응시에는 반응 용액을 반응용 용기로 이동시킴으로써 고체 촉매와 반응 용액을 접촉시킨다. 용기 간의 용액의 이동은, 예를 들어 전동 펌프를 이용하여 실시할 수 있다.
　본 발명의 장치에 사용되는 용액 교반 기구는, 반응 용액을 지속적으로 또는 정기적으로 교반할 수 있는 것이면, 공지의 용액 교반 기구를 사용할 수 있다. 예를 들어, 공기 등의 기체에 의해 용액을 교반하는 버블링식 교반 기구; 자력 등을 이용하여 교반자를 회전시킴으로써 용액을 교반하는 스터러식 교반 기구; 프로펠러의 회전에 의해 용액을 교반하는 교반 날개식 교반 기구; 반응 용액, 또는, 반응 용액을 포함하는 반응용 용기를 진탕시킴으로써 용액을 교반하는 진탕식 교반 기구; 등을 들 수 있다.
본 발명의 장치에 사용되는 용액 교반 기구의 전형적인 예로서, 버블링식 교반 기구의 하나인 공기 도입 장치(예를 들어, 전동식 에어 펌프나 가스 봄베)를 들 수 있다. 전동식 에어 펌프로의 전기 공급은 전력 케이블을 통하여 전력 공급 장치로 실시할 수도 있고, 전지를 이용할 수도 있다. 공기 도입 장치에 의해 도입되는 가스는 전형적으로는 공기이지만, 예를 들어 질소나 아르곤 등의 불활성화 가스를 이용할 수도 있다.
본 발명의 장치는, 장치에서 발생한 이산화염소 가스를 장치 밖으로 방출하기 위한 송풍팬을 추가로 포함할 수도 있다. 송풍팬을 구비함으로써 장치 내에서 발생한 이산화염소 가스를 효율적으로 장치 밖으로 송출할 수 있다. 또한, 팬의 풍량을 조절함으로써 장치 밖으로 송출하는 이산화염소 가스의 양을 조절할 수도 있다. 예를 들어, 이산화염소 가스의 발생량이 비교적 많은 경우는, 송풍팬의 풍량을 강화시켜 장치 밖의 이산화염소 가스를 보다 멀리 확산시키고, 이산화염소 가스의 발생량이 비교적 적은 경우에는, 송풍팬의 풍량을 약화시켜 장치 밖의 이산화염소 가스가 필요 이상으로 확산되는 것을 방지함으로써, 장치 밖의 이산화염소 가스 농도가 일정한 범위 내에 들어가도록 조절할 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 용어는 특정 실시양태를 설명하기 위해 사용되며, 발명을 한정하려는 의도는 아니다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 "포함하는"이라는 용어는, 문맥상 명백하게 다른 이해를 해야 하는 경우를 제외하고, 기재된 사항(부재, 단계, 요소 또는 숫자 등)이 존재하는 것을 의도하는 것이며, 그 밖의 사항(부재, 단계, 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 널리 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 여기에 사용되는 용어는, 다른 정의가 명시되지 않는 한, 본 명세서 및 관련 기술 분야의 의미와 일관된 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 이상화되거나, 과도하게 형식적인 의미에서 해석되어서는 안된다.
본 발명의 실시양태는 모식도를 참조하면서 설명되는 경우가 있으나, 모식도인 경우, 설명을 명확하게 하기 위해 과장되어 표현되어 있는 경우가 있다.
본 명세서에서, 예를 들어 "1~10 w/w%"로 표현되는 경우, 당업자는 상기 표현이 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 또는 10 w/w%를 개별적으로 구체적으로 가리키는 것을 이해한다.
본 명세서에 있어서, 성분 함량이나 수치 범위를 나타내는데 사용되는 모든 수치는 특별히 명시하지 않는 한, 용어 「약」의 의미를 포함하는 것으로 해석된다. 예를 들어, "10배"는 특별히 명시하지 않는 한 "약 10배"를 의미하는 것으로 이해된다.
본 명세서에서 인용된 문헌은 이들의 모든 개시가 본 명세서에 채용된 것으로 간주되어야 하는 것으로, 당업자는 본 명세서의 맥락에 따라 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않고, 이들 선행 기술 문헌에 관련된 개시 내용을 본 명세서의 일부로서 채용하여 이해한다.
(실시예)
[실험 1: 신규 이산화염소 발생 방법의 검토]
도 1에 나타낸 장치를 사용하여 이산화염소 발생 실험을 실시하였다. 공기 도입 장치(1)에 접속된 가스 공급관(2)으로부터, 반응 용액(4)을 포함하는 반응용 용기(3)에, 약 3 L/min의 유량으로 공기를 버블링시켰다. 반응 용액(4)은 탄산수소칼륨인 반응제(5)를 포함하는 아염소산염 수용액이며, 고체 촉매(6)가 혼합되어 있다. 고체 촉매(6)는 티탄(담체)에 백금계 촉매를 담지시킨 것을 사용하였다(조건 1). 가스 검지관을 사용하여 가스 배출관(2')으로부터 장치 밖으로 배출되는 공기 중의 이산화염소 농도를 측정하였다.
대조군으로서, 반응 용액에 반응제를 포함하지 않는 조건(조건 2), 및 반응 용액 중에 고체 촉매를 혼합하지 않는 조건(조건 3)에서 동일한 실험을 실시하였다.
실험조건
반응액 반응제 촉매
조건 1 10% 아염소산나트륨 100 g 탄산수소칼륨 20 g 있음
조건 2 10% 아염소산나트륨 100 g 없음 있음
조건 3 10% 아염소산나트륨 100 g 탄산수소칼륨 20 g 없음
각각의 조건에서의 이산화염소 농도 및 발생량의 측정 결과를 표 2 내지 3 및 도 5에 나타낸다. 표 2 내지 3 및 도 5에 나타낸 바와 같이, 조건 1에서는 장시간에 걸쳐 실용적으로 충분한 양의 이산화염소가 발생하였다. 반면, 조건 2에서는 조건 1의 약 3~10% 정도의 양의 이산화염소만 발생하였고, 조건 3에서는 거의 이산화염소가 발생하지 않았다.
이산화염소 농도의 측정 결과
시간 조건 1 조건 2 조건 3
ClO2 농도 ClO2 농도 ClO2 농도
[min] [ppm] [ppm] [ppm]
0 0.0 0.0 0.0
3 980.3 - 2.0
5 1076.5 30.0 1.9
7 1096.5 30.0 1.8
10 1071.5 33.3 1.6
15 983.3 31.3 1.3
20 889.9 32.5 1.3
25 804.7 31.3 1.2
30 722.4 29.4 1.1
35 669.2 26.3 1.1
40 602.7 26.8 1.1
45 553.7 29.4 1.1
50 518.5 23.2 1.0
55 462.6 23.2 1.0
60 412.8 23.2 0.9
70 363.4 22.7 0.9
80 316.8 23.8 0.8
90 272.8 23.0 0.7
100 238.5 21.3 0.6
110 199.5 16.7 0.5
120 166.8 22.7 0.5
이산화염소 발생량의 측정 결과
2시간 이산화염소 총 발생량
조건 1 498 mg
조건 2 26 mg
조건 3 1 mg
[실험 2: 반응제의 검토]
(1) 탄산수소염에 대해서
반응제(탄산수소칼륨)를 탄산나트륨으로 변경한 것 이외는 조건 1과 동일한 조건으로 실험을 실시하고, 가스 배출관(2')으로부터 장치 밖으로 배출되는 공기 중의 이산화염소 농도를 측정하였다(조건 4).
측정 결과를 표 5 및 도 6에 나타낸다. 표 5 및 도 6에 나타낸 바와 같이, 반응제를 탄산수소칼륨에서 탄산나트륨으로 변경하면 이산화염소의 발생을 거의 볼 수 없게 되었다.
실험 조건
반응액 반응제 촉매
조건 1 10% 아염소산나트륨 100 g 탄산수소칼륨 20 g 있음
조건 4 10% 아염소산나트륨 100 g 탄산나트륨 20 g 있음
이산화염소 발생량의 측정 결과
시간 조건 1 조건 4
ClO2 농도 ClO2 농도
[min] [ppm] [ppm]
0 0.0 0.0
3 980.3 1.5
5 1076.5 0.6
7 1096.5 0.4
10 1071.5 0.3
15 983.3 0.3
20 889.9 0.3
25 804.7 0.3
30 722.4 0.2
35 669.2 0.2
40 602.7 0.2
45 553.7 0.3
50 518.5 0.3
55 462.6 0.2
60 412.8 0.2
2) 인산수소염에 대해서
반응제(탄산수소칼륨)를 인산수소이칼륨으로 변경한 것 이외는 조건 1과 동일한 조건으로 실험을 실시하고, 가스 배출관(2')으로부터 장치 밖으로 배출되는 공기 중의 이산화염소 농도 및 발생량을 측정하였다(조건 6). 대조군으로서, 반응 용액에 반응제를 포함하지 않는 조건(상기의 조건 2), 및 반응 용액 중에 고체 촉매를 혼합하지 않는 조건(조건 5)에서 동일한 실험을 실시하였다.
실험조건
반응액 반응제 촉매
조건 2 10% 아염소산나트륨 100 g 없음 있음
조건 5 10% 아염소산나트륨 100 g 인산수소이칼륨 20 g 없음
조건 6 10% 아염소산나트륨 100 g 인산수소이칼륨 20 g 있음
측정 결과를 표 7 내지 8 및 도 7에 나타낸다. 표 7 내지 8 및 도 7에 나타낸 바와 같이, 조건 1의 반응제(탄산수소칼륨)를 인산수소이칼륨으로 변경한 경우(조건 6)도, 장시간에 걸쳐 충분한 양의 이산화염소가 발생하였다. 단, 이산화염소의 발생량은 반응제로서 탄산수소칼륨을 사용한 경우 쪽이 많았다. 반면, 조건 2에서는 조건 6의 약 10~17% 정도의 양의 이산화염소만 발생하였고, 조건 5에서는 거의 이산화염소가 발생하지 않았다.
이산화염소 농도의 측정 결과
시간 조건 2 조건 5 조건 6
ClO2 농도 ClO2 농도 ClO2 농도
[min] [ppm] [ppm] [ppm]
0 0.0 0.0 0.0
3 - 1.0 263.6
5 30.0 0.3 290.9
7 30.0 - 318.2
10 33.3 0.2 345.5
15 31.3 0.1 290.9
20 32.5 0.1 272.7
25 31.3 0.1 254.5
30 29.4 0.1 236.4
35 26.3 0.1 227.3
40 26.8 0.1 218.2
45 29.4 0.1 200.0
50 23.2 0.1 190.9
55 23.2 0.1 181.8
60 23.2 0.1 163.6
이산화염소 발생량의 측정 결과
1시간 이산화염소 총 발생량
조건 2 15 mg
조건 5 0.1 mg
조건 6 88 mg
또한, 반응제(인산수소이칼륨)를 인산삼나트륨으로 변경한 것 이외는 조건 6과 동일한 조건으로 실험을 실시하고, 가스 배출관(2')으로부터 장치 밖으로 배출되는 공기 중의 이산화염소 농도를 측정하였다(조건 7).
측정 결과를 표 10 및 도 8에 나타낸다. 표 10 및 도 8에 나타낸 바와 같이, 반응제를 인산수소이칼륨에서 인산삼나트륨으로 변경하면 이산화염소의 발생을 거의 볼 수 없게 되었다.
실험 조건
반응액 반응제 촉매
조건 6 10% 아염소산나트륨 100 g 인산수소이칼륨 20 g 있음
조건 7 10% 아염소산나트륨 100 g 인산삼나트륨 20 g 있음
이산화염소 농도의 측정 결과
시간 조건 6 조건 7
ClO2 농도 ClO2 농도
[min] [ppm] [ppm]
0 0.0 0.0
3 263.6 2.3
5 290.9 0.9
7 318.2 0.5
10 345.5 0.5
15 290.9 0.5
20 272.7 0.6
25 254.5 0.5
30 236.4 0.6
35 227.3 0.6
40 218.2 0.6
45 200.0 0.6
50 190.9 0.7
55 181.8 0.7
60 163.6 0.8
[실험 3: 반응의 개시/정지에 관한 검토]
조건 1의 방법에 사용되는 고체 촉매의 제거에 의해, 이산화염소의 발생을 제어할 수 있는 것을 확인하기 위한 실험을 실시하였다. 조건 1의 방법에서, 시험 개시로부터 5분 후에 고체 촉매를 제거하여 장치의 작동을 계속한 경우(조건 8)(도 9 참조)와, 고체 촉매를 제거하지 않고 장치의 작동을 계속한 경우 (조건 9)의 이산화염소 발생량을 비교하였다. 또한, 조건 8과 조건 9에서, 반응제를 탄산수소칼륨에서 황산으로 변경한 경우(조건 10, 조건 11)에 대해서도 동일한 실험을 실시하고, 이산화염소 발생량을 비교하였다.
실험 조건
반응액 반응제 촉매 촉매 조건
조건 8 10% 아염소산나트륨 100 g 탄산수소칼륨 20 g 있음 개시 5분 후 제거
조건 9 10% 아염소산나트륨 100 g 탄산수소칼륨 20 g 있음 제거하지 않음
조건 10 10% 아염소산나트륨 100 g 1 mol/L 황산 11 mL 있음 개시 5분 후 제거
조건 11 10% 아염소산나트륨 100 g 1 mol/L 황산 11 mL 있음 제거하지 않음
측정 결과를 도 10 및 도 11에 나타낸다. 도 10에 나타낸 바와 같이, 조건 8의 방법에서, 고체 촉매의 제거와 연동하여 이산화염소의 발생이 신속하게 정지되었다. 반면, 도 11에 나타낸 바와 같이, 반응제로서 황산을 사용하면 고체 촉매의 제거에 의한 이산화염소의 발생의 제어가 불가능하였다.
[실험 4: 교반의 필요성에 관한 검토]
조건 1의 방법에 있어서의 반응 용액의 버블링(교반) 필요성을 확인하기 위한 실험을 실시하였다. 반응 용액의 버블링을 실시하지 않은 것 이외는 조건 1과 동일한 조건으로 실험을 실시하고, 가스 배출관(2')으로부터 장치 밖으로 배출되는 공기 중의 이산화염소 농도를 측정하였다(조건 12)(도 12) 참조).
실험 조건
반응액 반응제 촉매 버블링
조건 1 10% 아염소산나트륨 100 g 탄산수소칼륨 20 g 있음 있음
조건 12 10% 아염소산나트륨 100 g 탄산수소칼륨 20 g 있음 없음
측정 결과를 도 13에 나타낸다. 도 13에 나타낸 바와 같이, 반응 용액의 버블링을 실시하지 않은 경우, 이산화염소의 발생은 거의 보이지 않았다.
1, 11: 공기 도입 장치
2, 12: 가스 공급관
2': 가스 배출관
3, 17: 반응용 용기
4, 18: 반응 용액
5, 19: 반응제
6, 15: 촉매
13：스테핑 모터
14: 와이어
16：장치 본체

Claims (16)

  1. 반응용 용기, 반응 개시/정지 기구, 고체 촉매 및 용액 교반 기구를 구비한 이산화염소 발생 장치로서,
    상기 반응용 용기는, 이산화염소 발생 반응시에 반응 용액을 포함하고,
    상기 반응 용액은, 아염소산염 및 완충 작용을 갖는 염을 포함하고,
    상기 반응 개시/정지 기구는, 상기 고체 촉매와 상기 반응 용액을 접촉시킴으로써 이산화염소 발생 반응을 개시시키고, 상기 고체 촉매와 상기 반응 용액을 분리함으로써 이산화염소 발생 반응을 정지시키도록 설계되어 있으며,
    상기 용액 교반 기구는, 이산화염소 발생 반응시에 상기 반응 용액을 교반하도록 설계되어 있는,
    장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 완충 작용을 갖는 염이, 탄산수소염 또는 인산수소염인,
    장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 탄산수소염이, 탄산수소나트륨, 탄산수소칼륨, 탄산수소칼슘, 또는 탄산수소암모늄이고,
    상기 인산수소염이, 인산수소이나트륨, 인산수소이칼륨, 인산수소칼슘, 또는 인산수소이암모늄인,
    장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반응 용액 중의 상기 완충 작용을 갖는 염의 농도가 0.1∼63 중량%인,
    장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 아염소산염이, 아염소산알칼리금속염 또는 아염소산알칼리토류금속염인,
    장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 아염소산알칼리금속염이, 아염소산나트륨, 아염소산칼륨, 또는 아염소산리튬이고,
    아염소산알칼리토류금속염이, 아염소산칼슘, 아염소산마그네슘, 또는 아염소산바륨인,
    장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 반응 용액 중의 상기 아염소산염의 농도가 0.01∼45 중량%인,
    장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 촉매가, 금속계 촉매, 광물계 촉매, 탄소계 촉매, 또는 이들의 조합인,
    장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 금속계 촉매가, 백금(Pt), 루테늄(Ru), 로듐(Rh), 팔라듐(Pd), 이리듐(Ir), 오스뮴(Os), 철(Fe), 구리(Cu), 망간(Mn) , 코발트(Co), 니켈(Ni), 몰리브덴(Mo), 또는 이들 금속의 화합물, 을 포함하는 촉매이고,
    상기 광물계 촉매가, 규소(Si), 또는 규소를 포함하는 화합물, 을 포함하는 촉매이며,
    상기 탄소계 촉매가, 활성탄을 포함하는 촉매인,
    장치.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    상기 촉매가, 담체에 담지되어 있는,
    장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 담체가, 티탄, 밸브 금속, 스테인리스, 니켈, 세라믹스, 탄소, 및 다공질 물질로 이루어지는 군으로부터 선택되는 재료를 포함하는 담체인,
    장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 용액 교반 기구가, 버블링식 교반 기구, 스터러식 교반 기구, 교반 날개식 교반 기구, 또는, 진탕식 교반 기구인,
    장치.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반응용 용기는, 적어도 부분적으로 개방되어 있고, 상기 반응용 용기 내에서 발생된 이산화염소를 포함하는 공기가 상기 장치의 외부로 방출되도록 구성되는,
    장치.
  14. 이산화염소의 발생 방법으로서,
    고체 촉매의 존재 하에서, 아염소산염 및 완충 작용을 갖는 염을 포함하는 반응 용액을 지속적으로 또는 정기적으로 교반하는 단계,
    를 포함하는,
    방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 완충 작용을 갖는 염이, 탄산수소염 또는 인산수소염인,
    방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 탄산수소염이, 탄산수소나트륨, 탄산수소칼륨, 탄산수소칼슘, 또는 탄산수소암모늄이고,
    상기 인산수소염이, 인산수소이나트륨, 인산수소이칼륨, 인산수소칼슘, 또는 인산수소이암모늄인,
    방법.
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