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문제 정의
- 본 연구에서는 대기 중어서 수분 반응에 의해 생성 및 성장하는 에어로졸의 현상을 서울의 실제 대기를 이용하여 실내 스모그 챔버에서 정량적으로 규명하고자 하였다. 즉, 2002년 2월 5일부터 4월 24일 사이에 크기가 약 2.
- 상대습도는 증가한다. 본 연구에서는 수분을 공급하여 초기조건을 갖는 실제 공기의 상대습도를 인위적으로 증가시켰을 때 주요 대기오염물질의 농도 변화를 살펴보았다. 수분 반응만 고려하기 위해 스모그챔버의 광원을 켜지 않은 상태에서 온도와 습도를 일정하게 조절할 수 있는 클린룸 내에서 실험을 수행하였으며, 클린룸을 가동한 상태에서 스모그 챔버주위의 온도와 상대습도는 각각 ±1℃, ±5% 이내로 제어된다(이춘식 등, 1991).
- 본 연구에서는 스모그 챔버를 이용하여 실제 외기를 대상으로 스모그 현상이 자주 관측되는 상대습도 조건을 만들어 수분 반응에 의한 가스상 물질의 변화와 에어로졸의 생성 및 성장 현상을 조사하였다. 이러한 실험을 통하여 다음과 같은 조건에서 수분 반응이 활발하게 일어나는 것을 밝혀냈다.
- 대기 에어로졸의 생성과 성장 메커니즘을 체계적으로 연구하기 위해서는 대기 조건을 인위적으로 모사할 수 있는 스모그 챔버가 필요하다. 본 연구팀에서는 대기 에어로졸의 특성 변화를 규명하기 위해 실내 스모그 챔버를 제작하여 운영하고 있으며 (배귀남 등, 2003a), 서울 대기를 챔버 내에 도입하여 광화학 반응에 의한 에어로졸의 생성 및 성장 현상을 관찰하는 연구를 수행하였다(문길주 등, 2002).
- 생성 메커니즘을 규명하는 중요한 과정이며 실질적인 접근방법 이지만, 실제로 기상 현상을 재현하기 어렵고 다양한 변수를 고려하여야 하므로 힘든 작업 중의 하나이다. 이러한 제약 때문에 본 연구에서는 실제 공기를 실내 스모그 챔버에 도입하여 인위적으로 상대습도를 변화시켜 오염물질의 수분 반응 특징을 살펴보았다.
- 또한, 아침에 발생하는 스모그 현상은 상대습도가 80-90% 이상인 경우에 빈번히 관측되고 있다. 이러한 현상을 에어로졸의 생성 및 성장 관점에서 규명하기 위하여 본 연구에서는 상대습도가 80% 이상일 때 에어로졸의 특성 변화를 살펴보았다.
- 하였다. 즉, 2002년 2월 5일부터 4월 24일 사이에 크기가 약 2.5nP인 테플론 백에 다양한 초기 상대습도를 갖는 서울 대기를 도입하면서 인위적으로 수분을 공급하여 시정장애와 관련하여 설정한 상대습도로 만든 후, 시간경과에 따른 에어로졸의 농도 및 입경분포, 온도, 상대습도를 측정하여 수분 반응 현상을 실험적으로 밝혀보고자 하였다. 이때, 가스상 물질인 O* NO” S0도 측정하여 수분 반응시 가스상 물질의 변화를 알아보았다.
가설 설정
- 4X W2 3 min-1 범위이었다(배귀남 등, 2003a). 본 연구에서는 0.02~03 um 범위인 입자의 평균 벽면손실율을 4x IO-' rnine으류 가정하여 측정한 수 농도를 보정하였다.
- 본 연구에서는 가스상 물질의 에어로졸 전환과 0.02 jim 이하인 입자의 성장을 입자의 생성으로 가정하였다. 가스상 물질이 핵화 과정을 거치면서 입자상 물질로 변하는 경우 일반적으로 입자가 생성되었다고 볼 수 있다.
- 셋째, 초기 입자의 크기분포가 수분 반응에 영향을 미친다. 초기에 입자의 수 농도가 낮고, 특히 0.
- 그러나 이미 존재하는 입자가 응축반응을 거치면서 성장하는 경우 생성보다는 성장에 가깝다. 일반적으로 에어로졸 연구자들이 사용하고 있는 전기적 이동도를 이용한 입자 측정기 (scanning mobility particle sizer, SMPS)나 나노입자 측정기 (nano-DMA)를 이용하여도 약 0.5 nm 크기 인 응축핵 (condensation nuclei)을 측정 할 수 없으므로 (McMurry and Wilson, 1982), 이러한 입자의 성장도 생성된 것으로 가정하였다.
- 테플론 벽면에서의 손실을 고려하여도 입자의 수 농도는 감소하는 것으로 추정되는데, 이것은 수 농도가 상대적으로 높고 상대습도도 높아 테플론 벽면에서 입자의 손실이 예상보다 컸기 때문인 것으로 생각된다. 즉, 입자의 수농도와 상대습도가 높은 조건에서 입자의 벽면손실율은 본 연구에서 가정한 입자의 벽면손실율보다 높을 것으로 추정된다.
- 테플론 백 내에 유입된 외기는 공간적으로 균일하게 분포한다고 가정하였다. 일반적으로 가스상 물질인 경우 농도구배가 없으면 균일한 농도분포를 나타내지만, 입자상 물질인 경우 입경에 따라 불 균일한 분포를 나타낸다.
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