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음이온, 오존, 산소와의 관계
오투오션  2007-06-21 09:43:16, 조회 : 10,435
음이온, 오존, 산소와의 관계

가. 음이온 : 이온은 전하를 띤 입자를 얘기 합니다. 전하에는 양전하와 음전하가 있으며, 일반적으로 음전하는 전자의 양으로 나타내며, 양전하는 양성자의 양으로 나타냅니다. 원자는 양성자와 전히를 띠지 않는 중성자로 구성된 원자핵과 핵 주위에 분포하는 전자로 구성 되어 있습니다. 전기적으로 중성인 원자나 분자가 외부에서 전자를 얻으면, 음이온이 되고 전자를 외부로 잃게 되면 음이온이 됩니다.
일반적으로 우리가 호흡하는 공기는 낮은 농도의 음이온과 양이온이 혼재 되어 있는 프라즈마 상태입니다. 물론 우주공간 전체가 낮은 농도의 플라즈마 상태이지요.
인간의 간섭이 없는 자연 상태는 숲이 우거진 경우 탄소 동화작용에 의해 산소와 음이온이 방출되어 전체적인 양이온과 음이온의 비가 양이온이 10일 때, 음이온이 12 정도로 음이온이 약 20퍼센트 정도 많으며, 높은 산이나 먼 바다에서 도 같은 비율을 보입니다. 음이온이 1CC 당 10만개이상이면 자연 치유력이 회복되어 건강에 매우 좋으며, 음이온이 1CC당 만에서 10만개 정도이면 전염병의 전염을 막을 수 있다고 보고 되어 있으며, 에어콘을 켠 실내에는 음이온이 거의 없어 여러가지 몸에 좋지 않은 증상이 나타난다고 보고되어 있습니다. (세계환경보호기구 보고서 인용). 음이온은 일반적으로 자연상태에서 비교적 불안정하여 수명이 몇초에서 10여분정도를 보입니다. 따라서 음이온 발생기를 사용하실 경우 연속적으로 사용하여야 일정한 음이온 농도가 유지됩니다.

나. 오존: 우리가 숨쉬는 공기의 약 21퍼센트를 구성하는 산소는 산소원자 2개로 구성된 산소 분자입니다. 오존은 산소원자 2개로 구성된 산소 분자에 산소원자 1개가 결합된 산소원자 3개로 구성된 분자입니다. 오존은 화학결합력이 매우 강하여, 생체의 세포막을 파괴하는 강력한 살균력이 있는 것으로 알려져 있습니다. 따라서 적당한 농도의 오존은 살균력이 강력해 공기중의 유해한 미생물을 살균하는 긍정적인 작용이 있을 수 있습니다. 그러나 우리 인체도 세포로 구성되어 있어 일정농도(환경기준치 0.05ppm) 이상이 되면, 호흡 기능이 감소되고 농도가 더 높아지면 폐포막을 통한 가스교환 장애를 일으키는 유해물질로 분류되는 건강에 매우 유해합니다. 따라서 오존을 이용할 경우는 전문가에 의해 제한된 사용이 권장됩니다.

  표1) 오존의 유해성

오존 농도에 따른 독성 오존 (ppm)
인체에 미치는 영향
0.01~0.03
냄새를 느끼는 정도  
0.1
강한 냄새, 코나 목에 자극을 준다.
0.2 ~ 0.5
3~6시간 정도의 노출에도 시력이 떨어짐
0.5
확실하게 기도 등 호흡기에 자극을 느낀다
1~2
두통, 호흡기에 가래등을 일으킴, 노출이 반복되면 만성이 됨
5~10
맥박 증가, 폐수종을 일으킴
15~20
작은 동물은 2시간 이내에 죽을 수 있음  

오존 발생 방법: 무성 방전법
전극 사이에 유리나 세라믹 같은 유전체를 끼우고 공기나 산소를 불어넣고 전극에 고압 (6kv∼15kv)을 가하면 방전 공간에서 다음 반응에 의하여 오존이 발생된다.

O2 + e- --> O + O + e-
O2 + e- --> O2 +
O + O2 + M --> O3 + M
O2 + O2 --> O3 + O  

산소발생 원리 및 공정
산소농축기(Oxygen Concentrator)는 대기 중의 산소를 선택적으로 분리, 농축하는 장치입니다. 산소농축기는 액화 산소와 달리 연속적인 공급이 가능하기 때문에 장시간 연속으로 산소를 공급해야 하는 분야인 의료용, 에어컨, 차량, 가정, 산업설비 등 다양한 분야에 이용되고 있습니다.
산소 농축을 위한 기술은 PSA, VSA, TSA, Membrane 등 다양한 방법이 있습니다. 이 중 가장 보편화된 PSA(압력 순환 흡착, Pressure Swing Adsorption) 공정은 압력 변동을 통해 이종 기체의 혼합물에서 목표 기체를 추출, 농축하는 기술로 물리적인 흡착과 탈착 성질을 이용하므로 오염 물질을 발생하지 않고 안전하게 산소를 생산합니다.
PSA 기술은 1960년대에 Skarstrom에 의해 공기의 건조에 사용되기 시작하면서 상용화 되었습니다. 이러한 PSA공정을 이용한 분리 기술은 분자흡착제(molecular Sieve) 의 성능 향상과 신제품 개발에 힘입어 기체, 액체의 분리 및 정제 기술로 널리 이용되고 있습니다.
기체 분리의 PSA 공정은 흡착제에 대한 여러 기체들의 흡착량이 다르다는 것에 기초하고 있습니다. 기체의 흡착량과 탈착량에 변화가 없을 때 흡착량을 흡착평형량이라 하며 기체는 온도, 압력에 따라 다른 흡착평형량 값을 가집니다. 아래 그래프에서 보듯이 압력이 올라가면서 흡착량이 증가하고 압력을 낮추면 감소합니다. 결과적으로 흡착량이 최대가 되었을 때 기체 상태로 남아있는 기체를 빼내면 기체 분리가 되는 것입니다. 일반적으로 흡착제에 기체 혼합물(산소, 질소)을 주입한 후에 압력, 온도를 변화시켜주면 산소가 분리됩니다.

산소분리 공정을 좀더 살펴보면, 공기의 경우 Zeolite에 대한 질소의 선택도가 산소의 선택도보다 높으므로 공기를 흡착제로 충진된 흡착탑으로 주입하여 압력을 올려주면 질소는 흡착되고 산소는 그대로 흡착탑을 통과하게 됩니다. 따라서, 출구에서는 흡착선택도가 낮은 산소를 얻게 됩니다. 그리고 일정 시간 후에 흡착선택도가 높은 질소가 흡착제에 흡착되어 포화되면 압력을 낮추면 질소를 탈착시켜 재생하게 됩니다. 이와 같이 기본적인 PSA공정은 위의 두단계, 즉 흡착탑의 흡착과 탈착 과정의 반복으로 약흡착질을 농축하게 됩니다.

IRS 공정은 ㈜옥서스에서 독자 개발한 기술로 기존 산소 농축 공정 및 부품을 개선하여 독립적인 세정과 산소 저장이 가능한 구조를 가진 흡착탑 및 공정을 지칭하는 기술입니다.
기술의 가장 큰 특징은 흡착탑의 개수에 관계없이 산소농축기를 구성할 수 있다는 것입니다. 실용화된 PSA 공정은 대부분 2개의 흡착탑을 교번으로 작동시켜 산소를 연속적으로 생산하기 때문에 흡착탑 수를 늘리거나 줄이는 것이 어려웠지만 IRS 공정은 흡착탑 수에 관계없이 흡착탑 단위별(흡착모듈)로 산소농축이 가능합니다. 따라서 사용 중에라도 수요에 따라 흡착모듈을 덧붙이거나 분리하여 최대 산소 생산량을 조절할 수 있습니다.
현재 IRS 공정을 적용한 흡착모듈은 KT 마크, IR52 장영실상, 세계일류상품 지정 등 널리 인정받는 제품이 되었습니다.  

IRS 흡착탑을 2개 사용한 제품 구성
PER 공정은 PSA 공정의 새로운 기술로 ㈜옥서스에서 독자 개발한 기술입니다.
PER 공정을 적용하게 되면 성능 향상 및 구조 개선의 효과를 가질 수 있습니다.
일반 PSA 공정은 가압과 감압을 반복하기 때문에 많은 에너지를 소비하는데 반해, PER 공정은 감압시 배출되는 기체를 일부 회수하여 재사용함으로써 에너지 효율을 상승시킴과 동시에 산소발생의 회수율을 극대화 할 수 있습니다.
일반적인 PSA 공정도 가스 회수를 위한 평형 과정(Equalization process)이 포함된 6단계 기술이 있으나 PER 공정은 한단계 발전한 기술이라 할 수 있습니다.

다. 음이온, 오존, 산소와의 관계

음이온의 효능을 자랑하는 대부분의 상품이 실제로 만들어 내는 것은 '음이온'이 아니라 '오존'이다. 음이온발생기 대부분은 높은 전압이 걸려 있는 금속 전극 사이에서 일어나는 방전(스파크) 현상을 이용한다. 전기 용접을 할 때와 같은 현상이지만, 아주 적은 양의 전류를 흘려주기 때문에 불꽃이 튀거나 소리가 들리지는 않는다. 방전 과정에서 빠른 속도로 움직이는 전자가 공기 중의 산소 분자를 깨뜨리면 오존이 만들어진다. 전압을 너무 높여주면 훨씬 더 단단한 질소 분자까지 깨져 몸에 해로운 질소 산화물이 만들어질 수도 있다.

공기청정기 중에 청**에서 생산한 음이온 공기청정기에서 오존이 기준치 이상이 발생한다고 KBS 추적60분에서 방영한 것처럼 음이온이 과하게 발생하면서 문제가 된것이다.
대기중에 오존은 꼭 필요한 물질로 자연적으로 공기중에 발생되는 물질입니다.

산소발생기의 원리는 전기적인 충격이나 플라즈마 원리를 이용한 발생이 아니고, 제올라이트라는 천연 광물질에 압력을 가하여 흡착 분리하는 방식이므로 음이온이나 오존이 발생하지 않습니다.



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