[논문]극세섬유와 광촉매를 이용한 포름알데히드의 광분해 특성

안형환

[국내논문] 극세섬유와 광촉매를 이용한 포름알데히드의 광분해 특성
Photodecomposition Properties of Formaldehyde Using PS Nanofiber and Photocatalyst 원문보기

한국가스학회지 = Journal of the Korean institute of gas, v.10 no.2 = no.31, 2006년, pp.1 - 6

초록
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본 연구에서는 실내 오염물질인 포름알데히드가스를 제거하기위하여 $Pd/TiO_2$로 코팅한 극세 섬유에 광분해 효과를 제안하였다 광촉매 반응기는 사각박스(부피 2 l)내에 UV램프와 $Pd/TiO_2$로 코팅한 극세 섬유와 함께 장착하였다. 이 때 Langmuir-Heinshelwood의 반응속도와 흡착상수, 온도 및 농도 변화에 따른 전환을 그리고 습도변화와 오염가스($SO_2$) 혼합으로 인한 전환율의 영향을 조사하였다. 결과로서 속도상수(k)와 흡착상수($\beta$) 각각 114.94 ppmv/min, $0.0036ppmv^{-1}$을 얻었다. 또한 온도증가($40^{\circ}C{\sim}80^{\circ}C$)에 따른 포름알데히드가스 전환율이 약 20%로 감소하고 습도변화에 따른 전환율에서는 습도가 증가할수록 감소하는 경향을 보였다. 이외에 $SO_2$가스 혼입되어 있는 상태에서 전환율은 $SO_2$ 가스가 수분에 의한 이온의 영향으로 방해인자로 작용하는 것을 알 수 있었다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this study we proposed on effect of the photodecomcomposition of coated nanofiber by $Pd/TiO_2$ for the removal of formaldehyde gas as indoor air pollutant. The photocatalytic reactor was setup in the inside of rectangular box (volume 2 l), UV lamp and the coating nanofiber with $Pd/TiO_2$. This study investigated the reaction rate and the adsorption constant of Langmuir-Heinshelwood, conversion of formaldehyde gas on temperature ($40^{\circ}C{\sim}80^{\circ}C$), effect of conversion (%) under different concentration, and effect of conversion (%) with humidity level on added $SO_2$ gas. As results, the rate constant (k) and adsorption constant (ft) were 114.94ppmv/min, $0.0036ppmv^{-1}$, respectively. and the conversion (%) of formaldehyde gas on temperature ($40^{\circ}C{\sim}80^{\circ}C$) was decreased to about 24%, compare with the first conversion (%). In conversion effect of increasing humidity levels, the presence of sulfur dioxide further decreased than without sulfur dioxide. the decreasing reason of conversion with presence sulfur dioxide judged as a cause of interference factor on the decrease of contact chance with photocatalysts.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 연구는 Pb/TiO₂를 광촉매로 사용하고 UV 를 이용하여 포름알데히드 가스의 농도, 습도 변화 그리고 방해물질의 혼입에 따른 광분해 영향에 대한 전환율과 Langmuir-Heinshelwood(L-H) 식을 이용한 속도상수와 흡착상수를 실험을 통해 밝힘으로서 실내오염물질 제거를 위한 장치 및 설비의 기초설계 자료로 활용하고자 한다.
포름알데히드 가스의 농도와 온도에 따라 광분해 반응에 미치는 영향을 알아보았다. Fig.

제안 방법

SO?가스 100PPMV로 조절하여 포름알데히드가스와 혼합한 가스를 1 〃min의 유속으로 반응기에 투입하였다. 이 때 SO₂ 가스가 혼입되었을 때 6-35%까지 전환율에 영향을 미치는 것으로 나타났다.
1에서 보는 바와 같이 반응기에 포름알데히드 표준가스를 공급하기 위하여 가스와 공기 봄베에 연결하고 유량 및 농도를 조절할 수 있도록 조절밸브를 설치하였다. 또한 습도를 조절하기 위하여 습도 조절 Chamber를 연결하였다. 포름알데히드의 농도는 반응기의 전 .
나타내며 K는 전환율이다. 이때의 전환율은 UV 조사 시간을 120분으로 하여 평균 농도를 측정하여 계산하였다.
후에서 반응 전과 후에 시간에 따라 포집백을 이용하여 채취하였다. 이렇게 채취된 Sample은 항온조에서 보관한 후 일괄 분석하였다.
전환율 실험 전 포름알데히드의 광분해에 대한 능력을 테스트하기 위한 기초실험으로서 광촉매인 Pd/TiO₂ 를 반응기에 넣지 않고 UV만 조사하였을 때 농도 변화와 Pd/TiCh를 넣고 광분해능력을 확인한 후 전 환율 실험을 실시하였다. 이 때 포름알데히드의 전환율은 다음 식에 의하여 구하였다.

대상 데이터

)2 . xH₂O(Aldrich Co.) 형태를 사용하였다. 이외의 모든 시약은 특급시약을 사용하였으며 UV램프는 6 W(Cole-Parmler)에 UV강도 750 〃W/ cn?에서 실험하였다.
광촉매 반응을 이용하여 포름알데히드 가스 분해실험에 사용한 시약은 촉매로서 Pd/no2를 사용하였으며 이 때 TiCh는 Anatase 형태로 한국 COSMO CHEMICAL COTIOX KA-100 제품을 사용하였다. 이 때 제품 사양은 Table 1에 나타내었다.

성능/효과

Fig. 6에서 나타난 바와 같이 농도를 100 PPMV에서 600 PPMV까지 증가시키고 온도를 40。(3~80。(:로 변화시켰을 때 전환율은 농도의 증가에 따라 약 40%까지 감소하는 경향을 보이고 있으며 온도의 증가에 따른 영향은 전환율이 온도의 증가 따라 증가하여 실험범위 내에서 약 20%까지 증가하는 경향을 보임을 알 수 있었다.
1) 반응기에 유입되는 유량을 1 〃min으로 하고 습도 2000 ppmv, UV조사시간을 120분으로 하였을 때 속도 상수(伊와 흡착상수W)는 각각 114.94 ppmv/min, 0.0036 ppn「이었다.
3) 포름알데히드오염과 더불어 황화물의 오염에 따른 광분해에 미치는 영향을 알아보기 위한 실험으로 습도 2000 PPMV, SO2 가스 100 PPMV에서 6〜35%까지 전 환율에 영향을 미치는 것으로 나타났다. 이러한 영향은 so2 가스가 수분과 접촉하여 황산이온의 형성으로 기 인된다고 판단된다.
4) 습도를 2000 PPMV에서 18000 PPMV까지 조절하 여 포름알데히드의 광분해 효과에 미치는 영향을 알아 본 결과 습도가 증가할수록 전환율이 감소하는 경향을 보였으며 전환율의 감소 정도가 약 30%이었다. 이러한 현상은 P(VTiO2 표면에 물 분자가 과량 존재하게 되면 포름알데히드 가스 분자의 반응 접촉 기회가 줄어드는 데 따른 것으로 판단된다.
Fig. 8은 습도를 2000PPMV에서 18000 PPMV까지 조절하여 포름알데히드의 광분해 효과를 전환율로 나 타낸 그림으로서 습도가 증가할수록 전환율이 감소하는 경향을 보였으며 전환율의 감소 정도가 약 30%이 었다. 이러한 현상은 Pd/TiO2 표면에 물 분자가 과량 존재하게 되면 포름알데히드 가스 분자의 반응 접촉 기 회가 줄어드는데 따른 것으로 판단된다.
2) 포름알데히드 가스의 농도와 온도 변화에 따른 전 환율의 변화를 위하여 농도를 100PPMV에서 600 PPMV까지 증가시키고 온도를 40。(2~80。£로 변화시켰 을 때 전환율은 농도의 증가에 따라 약 40%까지 감소 하는 경향을 보였고 온도의 증가에 따라 증가하여 실 험범위 내에서 약 20%까지 증가하는 경향을 보임을 알 수 있었다.
이러한 현상은 Pd/TiO2 표면에 물 분자가 과량 존재하게 되면 포름알데히드 가스 분자의 반응 접촉 기 회가 줄어드는데 따른 것으로 판단된다. 또한 SO2가 존 재한 상태에서도 전환율이 같은 경향을 보였으며 SO2 의 혼입에서의 습도에 따른 별도의 영향은 그다지 크 지 않은 것으로 나타났다.

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