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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 인공자외선 및 실내에서 사용되고 있는 형광등을 벽지에 코팅된 TiO2 광촉매졸에 조사시킴으로써 실내공기중의 formaldehyde 저감효과를 검증하여 쾌적한 실내 환경을 유지하기 위한 기술적인 방법론을 정립하고자 하는데 그 목적이 있다.
제안 방법
- Formaldehyde는 Agilent 6890N gas chromatography(GC) system을 사용하여 분석하였으며 검출기는 FID(Flame Ioni zation Detector)를 사용하였다. 분석에 사용된 column은 길이 50 m, 내경은 0.
- TiOz sol 의 특성을 파악하기 위하여 X-ray diffraction analysis (XRD)(Siemens D-500, Cu K radiation)을 통해 결정구조를 파악하였다. TiO2 sol의 XRD peak 패턴은 Fig.
- 광촉매 산화반응에 있어서 요구되는 자외선과 Tift의 영향을 실험적으로 규명하기 위하여 fbnnaldehyde 농도를 1 ppm 으로 하였을 때에 반응 면적과 광촉매량에 따른 분해 정도를 알아보았으며, 실생활에 적용가능성을 살펴보기 위하여 20 W 형광등을 이용하여 비교실험을 실시하였다. 실험은 TiO 분말이 벽지 표면에 균일하게 고착되도록 하였으며, formaldehyde 의 농도가 균일하게 존재하도록 10분간 반응기 내에서 전동 팬을 이용하여 충분히 혼합되도록 한 후 batch type으로 실험하였다.
- 시간(min)을 나타낸다. 따라서 위의 식으로 구한 속도상수 k를 이용하여 각각 실험조건에서의 formaldehyde의 분해 정도를 알아보았다.
- 또한 반응면적의 효과 및 광촉매량에 따른 분해정도 및 광원에 따른 분해정도를 알아보기 위한 방법으로 kinetic study 를 실시하여 여기서 구한 속도상수를 비교함으로써 각각의 분해 정도를 알아보았으며, 이때 사용된 수식은 다음과 같다. 일반적으로 15〜60%의 수분과 저농도의 조건에서 기상 for- maldehyde의 광촉매 분해는 1차 반응을 따르는 것으로 알려져 있다.
- 벽지에 도포된 TiO2 졸과 인공자외선/형광등의 광화학적 반응으로 실내 대기중에서 발생 가능한 fbrmaldehyde의 제거 가능성에 대한 실험결과 다음의 결론을 도출하였다.
- 본 실험에 사용된 반응기(Fig. 1)는 아크릴 재질로 제작하였고, 전동팬을 설치하여 밀폐된 반응기 속에서 formalde- hyde가 균일하게 확산될 수 있도록 하였다. TiO2 sol로 코팅된 벽지샘플(G사, 2종합지)을 반응조 내부에 부착하였으며, 광원으로는 20 W 일반 형광등(K전기)과 254 nm 중심파장을 갖는 UV lamp(Sankyo denki, Japan)를 사용하였다.
- 이용하여 비교실험을 실시하였다. 실험은 TiO 분말이 벽지 표면에 균일하게 고착되도록 하였으며, formaldehyde 의 농도가 균일하게 존재하도록 10분간 반응기 내에서 전동 팬을 이용하여 충분히 혼합되도록 한 후 batch type으로 실험하였다. 실험결과는 광원을 배제한 바탕실험값을 고려하여 나타내었다.
- 또한 반응중에 binder로서 SiO sol 수용액 일정량을 첨가하였다. 위의 제조방식에 의해 만들어진 TiO2 sol을 컴퓨레셔를 이용하여 spray coating 방법으로 벽지에 코팅하였다.
- 20 W 일반 형광등을 사용하였다. 일반 형광등은 인공자외선의 대안으로 적용하였으며, 벽지에 코팅된 TiCh졸과반응하여 실내에 유출된 fbrmaldehyde와 같은 유해물질의 분해에 어느 정도 적용가능한지를 알아보기 위하여 사용하였다.
대상 데이터
- 0°에서 가장 민감한 peak를 나타내고 있어 제조된 TiOz sol 이 광촉매 활성이 우수한 anatase 구조를 나타냄을 알 수 있다. Fig. 3은 본 연구에 사용된 TiO2 s이의 Scanning Electron Microscope(SEM) 사진이며 입자의 크기는 약 10 nm로 나타났다.
- 1)는 아크릴 재질로 제작하였고, 전동팬을 설치하여 밀폐된 반응기 속에서 formalde- hyde가 균일하게 확산될 수 있도록 하였다. TiO2 sol로 코팅된 벽지샘플(G사, 2종합지)을 반응조 내부에 부착하였으며, 광원으로는 20 W 일반 형광등(K전기)과 254 nm 중심파장을 갖는 UV lamp(Sankyo denki, Japan)를 사용하였다. 벽지 샘플과 광원간의 거리는 3.
- 광촉매를 도포하였으며, 광원으로는 254 nm 중심파장을 갖는 UV lamp와 20 W 일반 형광등을 사용하였다. 일반 형광등은 인공자외선의 대안으로 적용하였으며, 벽지에 코팅된 TiCh졸과반응하여 실내에 유출된 fbrmaldehyde와 같은 유해물질의 분해에 어느 정도 적용가능한지를 알아보기 위하여 사용하였다.
- Detector)를 사용하였다. 분석에 사용된 column은 길이 50 m, 내경은 0.2 mm, 두께 0.33 ㎛의 Agilent사 HP-5 를 사용하였다. 운반기체로는 99.
- 33 ㎛의 Agilent사 HP-5 를 사용하였다. 운반기체로는 99.999%의 질소를 사용하였다 (Table 2).
- 위하여 3 mg/cn?의 TiO2 광촉매를 도포하고, 벽지의 면적만을 다르게 하였으며, 광원으로는 254 nm 증심파장을 갖는 UV lamp를 사용하였다.
- 알아보기 위하여 480 cn?의 반응면적에 1, 3, 6 mg/cm2 의 TiO2 광촉매를 도포하였으며, 광원으로는 254 nm 중심파장을 갖는 UV lamp를 사용하였다.
성능/효과
- 1) 반응면적에 따른 영향을 살펴본 결과 면적이 120, 240, 480 cm?로 증가함에 따라 fbrmaldehyde의 제거율도 각각 14.3, 25.
- 3) 광원에 따른 영향을 파악하기 위해 480 cnf의 반응면적에 6 mg/cnf의 TiO2 광촉매를 도포한 후 광원으로 254 nm 중심파장을 갖는 UV lamp와 20 W 일반 형광등을 사용하였을 때 반응시간 2 hr에서 각각 54.6, 7.4%의 제거율을 나타내었다.
- 4) 인공자외선의 대안으로 형광등을 사용한 경우도 비록 낮은 제거효율을 나타내었으나 일정수준의 제거는 가능한 것으로 측정되었고 실내에서 형광등을 켜놓고 생활하는 시간이 많기 때문에 형광등을 이용할 경우도 실내 환경정화에 어느 정도는 기여할 수 있을 것으로 판단된다.
- UV lamp와 형광등을 광원으로 사용한 경우 2 hr의 반응시간에서 각각 54.6, 7.4%의 제거율을 나타내어 형광등을 사용할 때가 UV lamp를 사용하였을 때보다 formaldehyde의 제거율이 낮게 나타났다. 하지만 반응시간이 길어짐에 따라 제거율도 점차적으로 증가하고 있고 실내에서 형광등을 켜놓고 생활하는 시간이 매우 길다는 점을 감안하면 형광등을 광촉매 반응의 광원으로 사용할 경우도 fbrmaldehyde의 제거가 어느 정도 가능하리라 판단된다.
- 극성 코팅물은 페놀류, 카르복실산류와 같은 극성 물질이 매우 잘 추출되는 반면 무극성 코팅물은 탄화수소류 등의 무극성 물질이 잘 추출된다(Table 3). 따라서 실험을 통하여 분석물에 대한 최적의 fiber를 선택하였으며, 최적의 fiber 는 CARQDMS 로 나타났다
- TiC)2의 주입량이 1, 3, 6 mg/cn?일 때 각각 17.3, 34.2, 54.6%의 제거율을 보였으며, 분해효율은 일정한 반응면적에서 TiO2 광촉매량이 증가함에 따라 증가하였다(Fig. 5). TiO2 의 주입량에 따른 반응속도 상수는 Table 5와 같다.
후속연구
- 지하생활 및 실내생활에서의 환경학적 문제성은 많은 사람이 거주, 이용 또는 왕래를 하고 있는데도 외부와의 공기순환이 잘 이루어지지 않고 거의 차단된 상태의 한정된 공간으로 인해 각종 유해물질 등이 조금만 발생되더라도 축적이 된다는데 있다. 그리고 현대에 있어서는 비교적 단시간의 고농도 오염물질에 의한 급성적인 결과뿐만 아니라 장시간에 걸친 저농도 오염물질의 노출에 의한 만성적인 결과에도 관심을 가져야 할 것이다.
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