KR960007191B1

KR960007191B1 - 산소발생용 촉매

Info

Publication number: KR960007191B1
Application number: KR1019920021851A
Authority: KR
Inventors: 신지 우에노
Original assignee: 주식회사 호시코 코리아; 김재원
Priority date: 1992-11-20
Filing date: 1992-11-20
Publication date: 1996-05-29
Also published as: KR940011633A

Abstract

내용 없음.

Description

산소발생용 촉매

제1도는 본 발명에 의한 촉매를 이용하여 산소발생을 실험적으로 행하기 위하여 사용된 산소발생장치의 종단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 산소발생장치 2 : 반응조

3 : 세정조 4 : 칸막이판

5 : 상부뚜껑 6 : 투입구

7 : 뚜껑 8 : 통공

9 : 튜브 10 : 다공성 암석

11 : 튜브 13 : 제습기

14 : 전자식 산소유량계 15 : 노즐

본 발명은 과산화수소계의 산소발생제와 반응시키기 위한 독립촉매에 관한 것으로, 과산화수소를 선택적으로 분해하여 반응을 촉매시킴과 동시에 반응액의 혼탁성 및 그 유해성을 제거하고 산소의 발생량 및 발생 지속시간을 자유로이 콘트롤 할 수 있으며 간편하고 저가로서 장기간의 보존성에 기여하는 촉매에 관한 것이다.

종래의 산소발생방법으로서의 본 출원인이 과거에 개발한 탄산소다와 과산화수소의 부가화합물에 대하여 촉매의 존재하에서 물을 가하는 방법이 일반적으로 알려져 있다. 또한 급격한 산소의 발생을 억제하여 장시간 일정량의 산소공급을 가능하게해야 하며, 상기한 탄산소다와 과산화수소의 부가화합물 및 촉매로서의 금속염을 농도가 서로 다른 복수종의 아라비아풀에 의해 고형화시키고 이들 혼합물에 물을 가하여 반응시키도록하여 구급시의 사용에 기여할 수 있도록 한 산소발생방법에 대해서도 이미 일본국 특허공개번호 소화 60-44242호 (특허 제1321792호)에 공지되었다.

또한 저폐기능 환자의 산소흡입과 해산물위 운반 또한 1주간으로 부터 1개월의 단위로서 연속 산소공급이 요구되는 식물의 재배용 등을 비롯하여 다용도로 이용할 수 있는 산소발생제로, 특히 산소의 발생량 및 발생 지속시간을 자유로이 콘트롤 할 수 있음과 동시에 반응액의 혼탁 및 그 유해성을 제거하며 간편 및 저가 또한 안전하고 확실한 산소발생제로서 과탄산소다. 과산화칼슘 등의 과산화 물입자에 대하여 폴리에틸렌글리콜 등의 수용성 피막을 도포하여 마이크로 캡슐화함과 동시에 상기 수용성 피막의 외표면에 카탈라제(catalase)입자 또는 레오네트를 부착시킨 산소발생제가 이미 본 출원인에 의해 일본국 특허 평성 3-53907호로서 출원되어 있다.

상기한 종래의 방법에 의한 경우에서는 저가로서 확실한 산소공급을 가능하게 하는 획기적인 평가를 얻을 수 있었다.

그러나, 산소의 계속적인 발생지속시간의 면에 있어서는 예를 들어 상기한 특허 제1321792호의 발명에 의한 경우에서도 발생지속시간이 평균적으로 20-30분 정도이기 때문에 위급환자에 대한 응급수단 등의 구급용으로서는 일단 만족할 수 있지만, 적어도 2시간 이상의 연속적인 산소공급이 요구되는 저폐기능 환자의 흡입과 해산물류의 운반, 혹은 1주간으로 부터 1개월 단위로서 연속적으로 산소공급이 요구되는 식물의 재배용 등의 산소발생 수단으로는 공급시간이 지나치게 짧기 때문에 실용화할 수 없다.

또한 과탄산소다와 촉매를 혼합하면 서로 반응하기 때문에 항시 양지를 따로따로 분포할 필요가 있으며, 사용시의 불편이 있을 뿐만아니라 생산비용에 있어서도 고가가 되기 때문에 실용성에 문제가 된다.

또한 촉매로서 이산화망간과 황산망간등의 금속염을 이용하기 때문에 반응 후의 폐액이 오염물에 있고, 게다가 오염액은 해산물류를 죽게하며 또한 식물에도 악영향을 미치기 때문에 적어도 수산물 및 동식물에 대한 산소공급수단으로서는 적합하지 않다.

또한 과산화입자를 마이크로캡슐화 함과 동시에 그외 표면에 카탈라제 또는 레오네트를 부착시키는 경우에 있어서도 그 제조과정에 있어서 많은 공정수를 요구하기 때문에 비교적 비용이 높아질 뿐만아니라 자연적인 흡습에 의한 기능열화가 심하기 때문에 보온성이 떨어지는 문제가 있다.

또한, 산소발생제로서 과산화수소를 주성분으로서 이용하는 경우에는 그 반응촉매로서 과산화수소 분해효소를 이용하는 것도 생각할 수 있지만 이를 그대로 사용하는 경우에는 효소의 반응이 지나치게 빨라 산소의 장시간에 걸친 계속적인 공급이 어려우며, 게다가 그 반응촉매의 공급이 액체상태로 행해지기 때문에 운반방법과 보존성이 면등에 있어서 문제가 있다.

따라서, 본 발명은 상기한 저폐기능 환자의 산소흡입과 수산물류의 운반, 또한 1주간으로 부터 1개월 단위로 연속적으로 산소공급이 요구되는 식물위 재배용 등을 비롯하여 다용도로 이용할 수 있도록 과산화수소계의 산소발생제를 주성분으로 하는 경우에 있어서, 특히 산소발생량 및 발생지속시간을 자유로이 콘트롤할 수 있음과 동시에 반응액의 오염 및 그 유해성을 제거하고 간편하고 저가로서 확실한 산소를 얻을 수 있으며 또한 장기간 보존성이 뛰어난 촉매의 제조에 관한 것이다.

즉, 구체적으로는 과산화수소 분해효소를 주성분으로 하고 여기에 결정성 화합물인 망초(salt cake : Ma₂So₄·10H₂O)와 접착제를 첨가하여 혼련한 뒤, 이를 건조시켜 과립 혹은 정제화된 산소발생용 촉매를 제공함을 목적으로 한다.

본 발명에 있어서, 결정성 화합물인 망초는 혼련 및 재결정작용에 의해 주성분인 과산화수소 분해효소를 균등히 둘러쌈과 동시에 점착제와 같이 작용하며 과산화수소 분해효소를 안정하게 고체결합시키며, 또한 상기 결정성 화합물을 증가시킴에 의해 공급된 과산화수소를 분해하는 반응시간을 적절히 조정할 수 있다.

따라서, 본 발명에서는 반응용기의 형상과 요구되는 산소발생총량 및 사용하는 물의 양들의 조건을 고려하여 단위시간당 산소발생률을 계산하고 용해속도 등도 고려한 후에 과산화수소중에 상기의 촉매를 적정량 투입하여 사용한다.

이하, 본 발명의 구체적인 내용을 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 있어서 사용되는 주성분으로서의 과산화수소 분해효소는 수소와 반응하여 순수한 산소를 발생시킬 뿐만 아니라, 분말화 및 용액화도 가능하며, 또한 생활환경에 무해성인 것이 요구된다. 이런 관점으로 부터 볼 때 본 발명에 사용될 수 있는 과산화수소 분해효소로서는 예를 들어, 레오네트(상품명 : 일본의 나가세 생화학공업주식회사제조), 가타자이무(상품명 : 일본국의 삼정물산주식회사 판매) 및 카탈라제(상품명 : 일본국의 천야제약주식회사 제조)등이 적당하다.

한편 부성분으로서의 결정성 화합물로서는 마찬가지로 분말화 뿐만 아니라 용액화도 가능하며, 상기한 주성분인 과산화수소 분해효소를 안정하게 들러쌈과 동시에 전체를 평균적으로 중량시킬 수 있으며, 물에 대한 과산화수소의 용해를 평균화시킴과 동시에 그 용해 및 반응속도를 자유로이 지연시킬 수 있을 것과 반응액의 혼탁이 없고 생활환경에 대하여 무해하며 저가인 것이 요구된다.

본 발명에서는 이런 관점으로 부터 판단할 때 가장 최적이라고 할 수 있는 망초를 사용하는데, 망초(Na₂SO₄·10H₂O : 황산나트륨의 10수염)는 서서히 수분을 흡수하여 10수화염이 되기 때문에 일반적으로 유기용매의 건조 등에 이용되고 있지만 이를 상기한 주성분에 혼련시켜 건조시킨 경우에는 장기간에 걸친 촉매로서의 기능을 유지할 수 있다. 또한 망초, 이외에도 이와 동등한 기능을 갖는것, 예를 들어 염화나트륨등의 사용도 생각할 수 있다.

한편, 점착제로서는 주성분과 결정성 화합물과의 혼련상태를 연속적으로 건조유지할 수 있는 충분한 고형결정기능을 가짐과 동시에 수용액화가 가능하며 또한 생활환경에 대하여 무해성인 것이 요구된다. 따라서, 이런 과점으로부터 본다면 폴리비닐알콜(PVA)와 덱스트린, 그 외의 전분질의 풀 등에서 선택된 1종을 사용하는 것이 좋다.

주성분에 대한 결정성 화합물과 점착제의 첨가량은 과산화수소를 분해할 때에 소망의 산소발생유량(리터/분)에 의하여 조정하지 않으면 안 된다. 그 방법은 과산화수소 분해효소를 일정량의 결정성 화합물에 첨가하는양의 증감에 의해 행해진다. 현재 공급되는 분해효소액은 50,000 카탈라제(국제단위 : CIU/㎖)이며, 이 액은 중량비로서 3-50퍼센트 첨가된다. 따라서, 예를 들어 분해효소액 10퍼센트의 경우에는 0.5리터/분이 된다.

다음, 주성분과 부성분의 혼련방법에 있어서는, 액상으로 공급된 주성분을 혼련용 기내에 미리 넣어 있는 부성분 위에 적당량씩 공급하여 균일하게 혼련시키고 이를 기계 등으로 과립상 혹은 정제화하여 촉매를 완성한다.

또한, 이 경우에는 과산화수소를 분해효소 자체의 활성을 잃는 것을 제거하기 위하여 건조처리를 실시하면 더욱 바람직하다.

결정성 화합물로서 망초를, 또한 점착제로서 폴리비닐알콜을 선택하고, 이를 산소 발생제의 주성분인 과산화수소 분해효소와 혼련한 뒤, 과립 혹은 정제화시킨 촉매를, 예를 들어 과탄산소다에 물을 첨가한 중에 반응시킨 경우의 산소발생의 메카니즘을 반응식에 의해 나타내면 다음과 같다.

Na₂CO₃·3/2H₂O₂⇒Na₂CO₃₊3/2H₂O₂

2H₂O₂⇒2H₂O₂+O₂

상기 화학식에서 이해할 수 있듯이, 과탄산소다에 물을 가하면 과산화수소가 유리되고, 촉매의 조건하에서 과산화수소의 물과 산소로 분해하여 안정하게 계속적으로 산소가 얻어진다.

또한, 상기한 정제화 혹은 과립화시킨 촉매의 크기를 임의로 바꾸어 그 반응시간을 조정할 수 있으며 수중에 투입된 경우에 미크론단위의 반응을 안정하게 콘트롤하여 산소발생제의 용해속도 및 지속시간을 자유로이 조정할 수 있다.

이하, 본 발명을 실시예 및 첨부된 도면을 통해 설명하면 다음과 같다.

[실시예]

부성분인 망초와 접착제인 폴리비닐알콜에 대하여 과산화수소 분해효소인 카탈라제(일본국의 천야제약주식회사 제조) 10퍼센트(중량비)을 첨가하여 혼련하고, 직경 3㎜, 길이 4㎜(평균)의 과립을 제조하고 건조처리하여 산소발생용 촉매를 제조하였다.

이어서, 상기의 촉매에 대해 제1도에 도시한 산소발생장치를 이용하여 실제의 산소발생실험을 시험하였다. 제1도의 산소발생장치에서는 내부를 칸막이 판(4)에 의해 구획하여 반응조(2)와 세정조(3)을 형성하였다. 산소발생장치(1)의 상부는 뚜껑(5)에 의해 기밀성 있게 또한 착탈가능하게 구성되고 있고, 또한 상부뚜껑(5)에는 투입구(6)이 형성되어 있으며, 이 투입구(6)에는 뚜껑(7)이 기밀성 있게 착탈가능하게 설치되어 있다.

반응조(2)와 세정조(3)을 구획하는 칸막이 판(4)의 상방에는 통공(8)이 개구되며, 통공(8)으로 부터 튜브(9)에 의해 세정조(3)의 내측 저부 부근에 설치된 다공성 암석(10)에 연결되어 있다.

세정조(3)에 대응하는 상기 상부뚜껑(5)의 일부에 통공(11)이 형성되어 있으며, 통공(11)로 부터 튜브(12)에 의해 중간제습기(13) 및 전자식 산소유량계(14)를 통하여 노즐(15)로 부터 산소를 도출하도록 되어 있다.

여기서, 산소발생장치(1)의 전체용적은 1600cc이고, 반응조(2)내에는 900cc의 물을, 또한 세정조(3)내에는 250cc의 물을 넣고 투입구(6)으로 부터 과탄산소다를 68그램, 본 발명의 과립상 촉매를 7그램 투입하였다.

산소발생제와 촉매는 함께 반응조내에서 물에 의하여 서서히 용해하여 반응을 시작하고 점차 계속적으로 산소를 발생하였다.

반응실(2)의 상부에는 산소가 모였으며, 그 압력에 의해 통공(8)로 부터 튜브(9)를 통하여 세정실내에 보내진 후, 다공성 암석(10)에 의하여 미세한 기포로 되어 세정조(3)의 내측 저부로 부터 방출되었다. 방출된 기포는 수증을 상승하면서 탄산소다의 알갱이 등의 불순물이 제거되고, 통공(11)로 부터 튜브(12)를 통하여 제습기(13)을 통과할 때에 수분이 제거되어 도출노즐(15)로 보내졌다. 도중의 전자식 산소유량계(14)를 통과함에 의하여 그 유량이 디지탈 표시되었다.

상기의 산소유량계(14)에 의해 시간경과에 따라 산소유량을 측정하였으며, 동시에 수온상승 변화를 측정하였다. 그 결과를 표1에 표시하였다.

[표 1]

본 발명에서는 상기한 바와 같이 과산화수소와 반응시키는 촉매로서 과산화수소 분해효소를 주성분으로 하고, 여기에 결정성 화학물인 망초와 점착제를 주성분으로 하는 첨가 혼련함과 동시에 과립 혹은 정제화시킨 것을 사용하기 때문에 실제의 사용시까지 효소가 휴면상태가 되고, 게다가 다소 흡습되어도 기능적인 열화는 거의 보이지 않을 뿐만 아니라 촉매를 산소발생제에 직접 접촉상태에서 유통시킬 수 있으며, 그 상태로 보존할 수 있을 뿐만 아니라 사용시에도 간단히 물을 첨가하거나 수중에 투입하는 것만으로 장시간에 걸쳐 안정한 산소공급을 행할 수 있기 때문에 취급성이 현저하게 뛰어나다.

특히 반응액의 혼탁 및 도식물에 대한 유행성이 없기 때문에 그 결과 긴급환자를 비롯한 병자와, 산소보급을 필요로 하는 사람, 또는 해산물류의 수송 및 식물의 배양등에 다용도로 이용할 수 있다. 또한, 원재료가 저가이며, 안전성이 높고 확실한 산소발생이 가능하며 또한 촉매는 산소발생제의 소모와 거의 같은 시간에 소비되기 때문에 산소의 공급종료 후의 촉매의 잔존 및 폐기의 문제도 없는 등의 유익한 효과를 발휘한다.

Claims

주성분으로 과산화수소 분해효소를 사용하고, 부성분으로 결정성 화합물인 망초(Na₂SO₄·10H₂O) 및 점착제를 사용하여 이를 첨가혼련하고 동시에 과립 또는 정제화하여 제조된 것임을 특징으로 하는 산소발생용 촉매.
제1항에 있어서, 점착제로는 폴리비닐알콜, 덱스트린, 전분질의 풀 등에서 선택된 1종을 사용함을 특징으로 하는 산소발생용 촉매.