[논문]이산화티탄 광촉매 졸(sol)의 실내환경 코팅에 의한 실내공기질 개선

양원호; 김대원; 정문호; 양진섭; 박기선

이산화티탄 광촉매 졸(sol)의 실내환경 코팅에 의한 실내공기질 개선
Improvement of Indoor Air Quality by Coating of Indoor Materials of $TiO_2$ Photocatalyst Sol 원문보기

韓國環境衛生學會誌 = Korean journal of environmental health society, v.30 no.2 = no.78, 2004년, pp.92 - 97

양원호 (대구가톨릭대학교 산업보건학과) , 김대원 (대구가톨릭대학교 환경과학) , 정문호 (서울대학교 보건대학원 환경보건학) , 양진섭 (㈜이앤비 코리아 환경연구) , 박기선 (㈜이앤비 코리아 환경연구소)

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Three methods for VOCs emissions control in indoor air are reduction at the source, ventilation between indoor and outdoor, and removal. The best alternative should be to replace highly emitting sources with sources having low emissions, but the pertinent information on VOCs is not always available from manufactures. Other ways of improving indoor air quality are needed. It is to increase the outside fresh-air flow to dilute the pollutants, but this method would generally provide only a dilution effect without destruction in residence. An ideal alternative to existing technologies would be a chemical oxidation process able to treat large volumes of slightly contaminated air at normal temperature without additional oxidant such as ozone generator and ion generator. Photocatalytic oxidation(PCO) represents such a process. It is characterized by a surface reaction assisted by light radiation inducing the formation of superoxide, hydroperoxide anions, or hydroxyl radicals, which are powerful oxidants. In comparison with other VOCs removal methods, PCO offers several advantages. The purpose of this study was to explore the possibilities for photocatalytic purification of slightly contaminated indoor air by using visible light such as flurescent visible light(FVL). In this study, a PCO of relatively concentrated benzene using common FVL lamps was investigated as batch type and total volatile organic compounds(TVOCs) using a common FVL lamp and penetrated sun light over window. The results of this study shown the possibility of TiO$_2$ photocatalyst application in the area of indoor air quality control.

주제어

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문제 정의

일반적으로 입자의 크기가 작아질수록 광촉매 반응의 활성이 좋아진다는 “미립자 효과”가 널리 알려져 있다.⑻ 따라서 본 연구에서도 입자의 크기를 분석하기 위하여 SEM과 TEM을 이용하여 아민계 화합물을 사용한 TiQ의 입자 크기를 분석하였다. 그 결과 Fig.
TiQ는 결정구조에 따라 anatase, rutile 및 brookite 가 있는데, 광촉매 반응에서 가장 활성이 좋은 것은 anatase 구조인 것으로 알려져 있다. 본 실험에서는 광 촉매 반응에서 널리 사용되는 TiQ를 반응 활성이 우수한 anatase 구조인 sol로 제조, 실내환경의 벽지(壁紙)에 코팅(coating)하여 휘발성유기화합물의 제거율을 연구하였다.
더욱이 실외 대기오염이 심한 곳에서는 환기에 의해 오히려 실내공기질이 더 악화될 수 있다. 본 연구는 실내공기질 개선 방법 중 공기오염물질의 실내환경 내 벽지 등의 표면반응에 의한 감소를 증가시키는 방법으로 환경촉매인 이산화티타늄 광촉매를 sol-gel 방법으로 제조 및 실내환경내 코팅에 의한 실내공기질 개 선 평가를 하여 그 가능성을 확인하였다.
본 연구는 실내공기질 개선 방법 중 공기오염물질의 실내환경 표면반응에 의한 감소를 증가시키는 방법이 현재의 기술상 실내공기질 개선에 가능성이 높음을 감 안할 때, 환경촉매인 이산화티타늄 광촉매를 sol-gel 방법으로 제조하고, 가시광선으로 이용되는 형광등(FVL: Fluorescent Visible Light)0] 사용되는 실내공간에 적용하여 휘발성유기화합물 대상으로 실내공기질 향상 가능성을 평가하는 것이다.

제안 방법

대전광역시 소재 신축 다세대 주택에서 실내환경 내 부에 匸。2 SO₁ 코팅 전·후의 농도를 측정하였다. 주택의 실내공간의 크기는 0.
Chamber 실험은 Fig. 1과 같이 제작(60cm(W)X40 cm(H)X80cm(L))하여 형광등(20W) 4개를 위부분에 부착하였고, 제조한 광촉매 s이을 벽지 (0.5 mX Q7m = 0.35 m2) 컴퓨레서를 이용한 spray 방법으로 코팅하였다. Chamber 부피는 192 L이었고, VOCs 중 Benzene 를 식 (1)을 이용하여 각각 30 ppm으로 기지농도로 미 세주사기(microsyringe)를 이용하여 주입하였다.
心 기존 연구에 의하면 anatase에 비해 rutile 구조의 흡착능력이 작으며 또한 빛에 의해 생성된 전자와 정공의 재결합 속도가 빠르기 때문에 anatase 구조가 rutile 구조보다 우수한 광 촉매 활성을 보였다.”, 따라서 본 연구에서는 HO₂ sol 을 광촉매 활성이 우수한 anatase 구조로 제조하였고 이는 XRD 분석으로 결정 구조를 확인하였다. Fig.
광촉매의 물성을 분석하기 위해 XRD(x-Ray diffiaction analysis)로 TiOi 입자의 anatase 결정구조 여부를 확인하였고 SEM(scanning electron microscopy)과 TEM (transmission electron microscope) 분석을 통하여 입자 크기를 측정하였다. 촉매 입자의 크기가 반응 활성에 영향을 줄 수 있으므로 SEM으로 100,000V의 가속전압을 사용하여 반응기에 고정화시킨 각각의 TiO₂ 입자의 크기를 100,000배로 촬영하였다.
)를 이용하여 측정하였다. 또한 자외 선 강도는 RadiometeitVLX-3W, France)를 이용하여 측정하였다. 측정은 2004년 5월 실시될「다중이용시설 등의 실내공기질 관리법」의 실내공기질 측정 공정시험 법에 준하여 바닥으로부터 1.
25 m = 0.024 n?이였고, 2003년 4월 30일부터 5월 30일까지 4일 간 격 으로 총휘 발성유기 화합물(TVCs: Ibtal Vblatile Organic Compounds)의 농도를 직독기 (AreaRAE IAQ, RAE System Inc.)를 이용하여 측정하였다. 또한 자외 선 강도는 RadiometeitVLX-3W, France)를 이용하여 측정하였다.
Chamber 부피는 192 L이었고, VOCs 중 Benzene 를 식 (1)을 이용하여 각각 30 ppm으로 기지농도로 미 세주사기(microsyringe)를 이용하여 주입하였다. 주입된 VOCs는 고온의 hot-plate에서 즉시 증발하도록 하였으며, fan을 작동시켜 10분 동안 Chamber에서 완전혼합 상태에서 3회씩 실험하였다.
광촉매의 물성을 분석하기 위해 XRD(x-Ray diffiaction analysis)로 TiOi 입자의 anatase 결정구조 여부를 확인하였고 SEM(scanning electron microscopy)과 TEM (transmission electron microscope) 분석을 통하여 입자 크기를 측정하였다. 촉매 입자의 크기가 반응 활성에 영향을 줄 수 있으므로 SEM으로 100,000V의 가속전압을 사용하여 반응기에 고정화시킨 각각의 TiO₂ 입자의 크기를 100,000배로 촬영하였다. 띠간격에 의해 전 자와 정공의 재결합속도가 결정되므로 촉매 띠간격을 측정하기 위해 DRS(difiuse reflectance spectroscopy : Wian Cary 100)로 홉광도를 측정하여 Planck의 법칙을 이용하여 띠간격을 계산하였다.
5m 높이에서 측정하였다. 측정방법은 창, 문, 내장가구의 문 등을 모두 개 방하고 1시간 이상 사전환기를 행하고, 외부공기에 면한 창 및 문 등의 모든 개구부를 닫고 5시간 이상 밀폐상태를 유지시킨 후 총휘발성유기화합물(TVOCs) 농도를 측정하였다.板

대상 데이터

)로 anatase 구조와 rutile 구조를 동시에 가지고 있으며, 그 중 anatase 구조가 약 75% 정도를 차지하는 것으로 알려지고 있다. 그러나 이러한 분말을 이용하여 코팅할 경우 코팅하기도 어려울 뿐만 아니라 박리가 일어나기 쉽다尸 따라서 본 연구에서는 박리 현상을 예방하기 위하여 전구물질로서 Ti(OC₃H₇)4로부터 sol을 제조하였다. 먼저 Ti(OC₃H₇)4, 증류수, 화학적 첨가제로서 디에틸아민(diethylamine)를 첨가하여 혼합한 후 이 용액을 압력 용기에 넣고 10에서 20 atm, 150~200℃ 의 조건에서 약 2시간 반응시켰다.
위부분에 부착한 형광등은 진공의 유리관 내부에 약간의 수은을 봉입(封入)하여, 이것에 교류 전압을 걸면 수은이 자극을 받아 광(光)을 발생한다. 본 실험에서는 이용된 일반 형광등은 蹤의 제품으로 파장 범위가 380~750nm이었다. 3회 실험한 결과에 의하면 형광등

이론/모형

이렇게 만들어진 sol 용액에 무기계 binder로 SiO?의 화합물을 일정량 혼합하였다. 코팅 방법은 일반적으로 dip-coating, spin- coating과 spray coating으로 구분할 수 있으며, ", 본 연구에서는 컴퓨레셔(compressor)를 이용하여 spraycoating 방법으로 실내환경내 벽지에 TiOz s아을 코팅하였다.
촉매 입자의 크기가 반응 활성에 영향을 줄 수 있으므로 SEM으로 100,000V의 가속전압을 사용하여 반응기에 고정화시킨 각각의 TiO₂ 입자의 크기를 100,000배로 촬영하였다. 띠간격에 의해 전 자와 정공의 재결합속도가 결정되므로 촉매 띠간격을 측정하기 위해 DRS(difiuse reflectance spectroscopy : Wian Cary 100)로 홉광도를 측정하여 Planck의 법칙을 이용하여 띠간격을 계산하였다.
또한 자외 선 강도는 RadiometeitVLX-3W, France)를 이용하여 측정하였다. 측정은 2004년 5월 실시될「다중이용시설 등의 실내공기질 관리법」의 실내공기질 측정 공정시험 법에 준하여 바닥으로부터 1.2~1.5m 높이에서 측정하였다. 측정방법은 창, 문, 내장가구의 문 등을 모두 개 방하고 1시간 이상 사전환기를 행하고, 외부공기에 면한 창 및 문 등의 모든 개구부를 닫고 5시간 이상 밀폐상태를 유지시킨 후 총휘발성유기화합물(TVOCs) 농도를 측정하였다.

성능/효과

광촉매 코팅 전 TVOCs의 농도는 4.69 ppm을 나타내었고, 광촉매 코팅 2일 후의 농도는 2.75 ppm으로 41%의 제거율을 보였다. 그리고 30일 후에는 0.
⑻ 따라서 본 연구에서도 입자의 크기를 분석하기 위하여 SEM과 TEM을 이용하여 아민계 화합물을 사용한 TiQ의 입자 크기를 분석하였다. 그 결과 Fig. 3에서 보는 바와 같이 HO₂ sol의 입자크기는 약 10nm 이하의 입자 크기를 가지고 있는 것을 확인하였다. 또한 광촉매 반응에서 반응성에 영향을 줄 수 있는 또 다른 인자인 에너지의 흡수능력은 촉매 자체의 흡 광용량(light-absorption capacity)에 의해 영향을 받으며 흡광용량은 띠 간격의 간격이 클수록 그보다 작은 에 너지를 가지는 빛을 흡수할 수 없기 때문에 자연히 에너지 흡수율이 떨어지게 된다.
측정과정에서 오전에 시작하여 실제 측정 시간은 오후 3~4시로 자외선 강도는 형광등과 창문을 통한 태양광으로 평균적인 값은 3~6|iW7cm로 측정되었다. 본 결과는 실내공기질 개선에 있어서 광촉매 코팅은 표면반응에 의해 휘발성유기화합물을 효과적으로 제어할 수 있음을 보여주고 있다.
21 ppm을 나타내었다. 측정과정에서 오전에 시작하여 실제 측정 시간은 오후 3~4시로 자외선 강도는 형광등과 창문을 통한 태양광으로 평균적인 값은 3~6|iW7cm로 측정되었다. 본 결과는 실내공기질 개선에 있어서 광촉매 코팅은 표면반응에 의해 휘발성유기화합물을 효과적으로 제어할 수 있음을 보여주고 있다.

후속연구

외장재의 종류나 특성, 코팅시공 시작 업자의 올바른 시공방법 등에 따라 광촉매 효율에 다소 차이를 보일 수 있으며, 또한 1개월 동안 측정날짜마다 실내환경에 영향을 줄 수 있는 요인의 차이, 예를 들면 습도, 온도, 실외 TVOCs 농도, 빛의 광도 등의 차이가 존재할 수 있기 때문이다. 그러므로 광촉매 코팅에 따른 실내공기질 개선 효율성 평가 방법에 대한 연구가 필요할 것으로 생각한다. 그리고 위에서 제시된 실험 결과치를 토대로 다양한 종류의 신축건물에 대한 자료를 확보함으로써 VOCs의 저감과 동시에 실내공기 질의 효과적인 관리 방향을 마련하여야 할 것이다.
그러므로 광촉매 코팅에 따른 실내공기질 개선 효율성 평가 방법에 대한 연구가 필요할 것으로 생각한다. 그리고 위에서 제시된 실험 결과치를 토대로 다양한 종류의 신축건물에 대한 자료를 확보함으로써 VOCs의 저감과 동시에 실내공기 질의 효과적인 관리 방향을 마련하여야 할 것이다.

참고문헌 (20)

Molhave, L. and Krzyanowski, M. : The right to healthy indoor air: status by 2002. Indoor Air, 13, 50-53, 2003

상세보기
Jones, A. P. : Indoor air quality and health. Atmospheric Environment, 33, 4535-4564, 1999

상세보기
US EPA : Unfinished business: a comparative assessment of environmental problems. EPA report EPA-230/2-87-025, 1987
US EPA : Characterizing air emissions from indoor sources. EPA Report EPA/600/F-95 /005, 1995
Vincent, D., Annesi, I., Festy, B. and Lambrozo, J. : Ventilation system, indoor air quality, and health out-comes in parisian modem office workers. Environ-mental Research, 75, 100-112, 1997

상세보기
Skillas, G., Huglin, C. and Siegmann, H. C. : Deter-mination of air exchange rates of rooms and deposition factors for fine panicles by means of photoelectric aerosol sensors, Indoor Built Environment, 8, 246-254, 2000
Yang, W. H., Lee, K. Y. and Chung, M. H. : Char-acterization of indoor air quality using multiple mea-surements of nitrogen dioxide. Indoor Air, In Press, 2004
Sparks, L. E., Molhave, L. and Dueholm, S. : Source testing and data analysis for exposure and risk assess-ment of indoor pollutant sources. ASTM STP 1287, American Society for Testing and Materials, 367-375, 1996
김신도 : 실내공기질 관리 및 측정. 한국대기환경학회 실내공기질 분과회 세미나, 102-115, 2003
Bae, H., Yang, W. and Chung, M. : Potential exposureand traffic contribution to indoor air quality of shoe-stalls near busy road in Korea. The Science of the Total Environment, 323, 99-105, 2004

상세보기
Spicer, C. W., Coutant, R. W., Ward, G. F. and Joseph, D. W. : Rates and mechanism of $NO_2$ removal from indoor air by residential materials. Environmental International, 15, 643-654, 1989

상세보기
Jacoby, W. A., Blake, D. M., Fennell, J. A., Boulter, J. E., Vargo, L. M., George, M. C. and Dolberg, S. K. : Heterogeneous photocatalysis for control of volatile organic compounds in indoor air. Journal of the Air & Waste Management Association, 46, 891-898, 1996

상세보기
Bhowmic, K. M. and Semmens, M. J. :Batch studies on closed loop air stripping process. Water Res., 28(9), 2011-2020, 1995

상세보기
Fu, X., Zeltner, W. A. and Anderson. M. A. : The gas-phase photocatalytic mineralization of benzene on porous titania-based catalysts, Applied CataIysis B, Environment, 6, 209-224, 1995

상세보기
장성기 : 실내공기질 공정시험방법 작성 방향. 대한주택공사 주택도시 연구원 2003년 겨울호, 59-69, 2003
이병용, 김성욱, 정석진 : VOC 물질중 에탄올 광분해 반응을 위한 Ti $O_2$ ,촉매의 제조 변수 고찰. 한국대기환경학회, 17(4), 363-370, 2001
Matralis, H. K., Ciardelli, M., Ruwet, M. and Grange, P. : Vanadia catalysts supported on mixed Ti $O_2$ -A $l_2O_3$ supports: Effect of composition on the structure and acidity. Journal of Catalysis, 157, 368-379, 1995

상세보기
Yamashita, H., Ichihashi, Y., Harada, M., Stewart, G., Fox, M. A. and Anpo, M. : Photocatalytic degrada-tion of l-octanol on anchored titanium oxide and on Ti $O_2$ Power catalysts, Journal of Catalysis, 158, 97-101, 1996

상세보기
Obbe, T. N. and Brown, R. T. : Ti $O_2$ Photocatalysis for indoor air applications: effects of humidity and trace contaminant levels on the oxidation rates of formaldehyde, toluene, and 1,2-butadiene. Environ-mental Science & Technology, 29(5), 1223-1231, 1995

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Chapuis, Y., Klavana, D., Guy, C. and Kirchnerova, J. : Photocatalyst oxidation of volatile organic Com-pounds using fluorescent visible light. Journal of the Air & Waste Management Association, 52, 845-854, 2002

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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