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문제 정의
- 본 논문은 한국 주택 실내환경의 취사도구로 대부분이용되는 가스렌지 연소에 따른 주요 공기 오염물질인 NCA와 RSP의 동시 측정 필요성을 인식하여, 기존에 Cyclone 필터(filter) 방식으로 NO2 및 RSP> 동시에측정할 수 있도록 하는 것이다. 특히 필터에 의한 NO2 포집 및 농도 측정을 중심으로 연구하였다.
- 본 연구는 한국 주택 실내환경의 취사도구로 이용되는 가스렌지에서 주로 발생되는 실내공기 오염물질인 NO2 및 RSP를 필터 방식에 의해 동시에 측정하는 것이다. TEA 용액을 코팅한 3개의 필터를 cassette에 삽입하고 Cyclone와 연결한 후 정량적으로 측정한 NO2 포집효율은 대략 89±3%(i=0.
- 수 있도록 하는 것이다. 특히 필터에 의한 NO2 포집 및 농도 측정을 중심으로 연구하였다.
제안 방법
- 후에 48시간 동안 데시케이터에 보관하여 일정한 습도를 유지되도록 하였고, 10^ g까지 측정할 수있는 미량저울(Sartorius, ME 5F, Germany)을 이용하여 중량을 분석하였다. NOz의 농도분석은 NO2 수동식시료채취기(passive sampler) 분석방법을 응용하여, Sulfanilic acid 5 g, Phosphoric acid (85%) 50 m/과 NEDA(N-(1-Naphtyl) ethylene-diamine dihydrochloride, 98%) 0.05 g을 이용하여 Color reagent(azodye-fonning) 1 /를 제조하였다.顾 포집된 필터는 NQ가 존재하지 않는 반응조에서 분해하여 셀룰로우즈 여지를 시험관(16 X100 mm)에 넣고, Color reagent 10.
- 본 연구에서 응용 . 개발될 NOz와 RSP 동시 측정은 기존의 RSP 측정기(Respirable Dust Aluminum Cyclone, SKC, USA, 유량 2.5 〃min, cut-off: 4.0 um 와 Gilian, USA, 유량 1.7 Z/min, cut-point 10 um)에서 Support pad 대신 NO2 측정용 필터를 이용하였다(Fig. 1). NOj 측정용 필터는 Yanagisawa와 Nishiniura(1982) 가 개발한 수동식 시료채취기(passive sampler)를 응용하여 NQ를 포집하는 TriethanolamineCCfeH.
- 다중 필터실험에서 필터를 통과한 NQ가 1단 및 2단의 임핀저를 통과할 가능성을 보정하기 위하여 추가적 실험을 수행하였다. 추가적 실험은 NO2 포집 및 분석의 표준인 Greiss-Saltzman 방법에 의한 유량 0.
- l) 로 하였다. 대형 챔버 안에 일정량의 NQ 및 RSP를 발생시키기 위하여 휴대용 가스렌지를 중앙에 설치하였고, 완전혼합을 위하여 소형 축류 송풍기 3대를 설치하였다. NO2 발생원으로 가스렌지를 사용한 것은 연소시 공기중 질소(H)와 산소(0»의 열적반응(thermal NOx)에 의한 것이다.
- 1과 같이 Cyclone 후단에 임핀저 (impinger)# 2개 연결하여 필터에서 포집되지 못한 NO2를 임핀저에서 포집할 수 있도록 하였으며, 임핀저에는 포집 용액을 30 mi 주입하였다. 또한 TEA 용액을 코팅한 공시료(blank) 및 임핀저의 공시료 실험을하였다. 필터에 의한 포집효율은 다음 식에 의하여 계산하였다.
- 투과실험 결과에 따라 Cellulose 필터가 1개(1단), 2개 (2단), 3개(3단) 각각 실험하여 포집 효율 및 투과율을분석하였다. 매 실험시 유량계를 이용하여 정확히 될수 있도록 하였으며, TEA 용액이 주입될 CeHulose 필터(직경 37mm)의 pore-size는 현재 상업적으로 판매되는 0.3 um와 0.5 um를 각각 이용 효율성을 비교하였다. TEA 용액이 주입될 Cellulose 필터는 NO2 측정용수동식 시료채취기 방식에 따라 37mm로 제작하여 100℃에서 12시간 이상 고온화 처리하였고, 투과실험에서 3단까지도 NO? 포집효율이 100%에 이르지 못하면투과율을 감안하여 보정한 농도식이 유도될 수 있도록하였다.
- 0 mE를 시험관에주입하였다. 반응조는 실리카겔, 활성탄, Purafil filter (과망간산 칼륨, 활성 알루미나와 활성탄으로 합성된 물질)를 연속으로 연결하여 대기 중 공기를 반응기로유입시켜 NO2 포함한 공기오염물질이 없는 상태에서분석하였다. 정량분석은 UV-VIS spectrophotometer (SHIMADZU UV-1601X 이용하여 545 nm 파장에서측정하였다.
- NO?의 포집효율을 실험하였다. 삽입 필터 (cellulose fiber filter)의 수는 2개, 3개, 4개를 하였으며, 4개의 경우 압력감소로 펌프 작동이 정지되어 삽입필터의 개수를 2개와 3개로 정하여 실험하였다. 앞의실험과 같이 Cyclone 후단에 임핀저를 2개 연결하여필터에서 포집되지 못한 NQ를 임핀저에서 포집할 수있도록 하였다.
- 삽입 필터 (cellulose fiber filter)의 수는 2개, 3개, 4개를 하였으며, 4개의 경우 압력감소로 펌프 작동이 정지되어 삽입필터의 개수를 2개와 3개로 정하여 실험하였다. 앞의실험과 같이 Cyclone 후단에 임핀저를 2개 연결하여필터에서 포집되지 못한 NQ를 임핀저에서 포집할 수있도록 하였다. 총 30회 시료채취를 수행하였고 NO2 시료채취와 동시에 공시료(blanlO 실험을 하였다.
- 반응조는 실리카겔, 활성탄, Purafil filter (과망간산 칼륨, 활성 알루미나와 활성탄으로 합성된 물질)를 연속으로 연결하여 대기 중 공기를 반응기로유입시켜 NO2 포함한 공기오염물질이 없는 상태에서분석하였다. 정량분석은 UV-VIS spectrophotometer (SHIMADZU UV-1601X 이용하여 545 nm 파장에서측정하였다.
- 실험을 수행하였다. 추가적 실험은 NO2 포집 및 분석의 표준인 Greiss-Saltzman 방법에 의한 유량 0.4 1/min과 본 실험의 유량 L7 〃min으로 임핀저 실험을비교 분석하였다.顺 그 결과를 살펴보면 유량을 0.
- 투과실험 결과에 따라 Cellulose 필터가 1개(1단), 2개 (2단), 3개(3단) 각각 실험하여 포집 효율 및 투과율을분석하였다. 매 실험시 유량계를 이용하여 정확히 될수 있도록 하였으며, TEA 용액이 주입될 CeHulose 필터(직경 37mm)의 pore-size는 현재 상업적으로 판매되는 0.
- 5 um를 각각 이용 효율성을 비교하였다. TEA 용액이 주입될 Cellulose 필터는 NO2 측정용수동식 시료채취기 방식에 따라 37mm로 제작하여 100℃에서 12시간 이상 고온화 처리하였고, 투과실험에서 3단까지도 NO? 포집효율이 100%에 이르지 못하면투과율을 감안하여 보정한 농도식이 유도될 수 있도록하였다.
- 전 . 후에 48시간 동안 데시케이터에 보관하여 일정한 습도를 유지되도록 하였고, 10^ g까지 측정할 수있는 미량저울(Sartorius, ME 5F, Germany)을 이용하여 중량을 분석하였다. NOz의 농도분석은 NO2 수동식시료채취기(passive sampler) 분석방법을 응용하여, Sulfanilic acid 5 g, Phosphoric acid (85%) 50 m/과 NEDA(N-(1-Naphtyl) ethylene-diamine dihydrochloride, 98%) 0.
대상 데이터
- 본 실험에서 Fig. 1과 같이 Cyclone 후단에 임핀저 (impinger)# 2개 연결하여 필터에서 포집되지 못한 NO2를 임핀저에서 포집할 수 있도록 하였으며, 임핀저에는 포집 용액을 30 mi 주입하였다. 또한 TEA 용액을 코팅한 공시료(blank) 및 임핀저의 공시료 실험을하였다.
- 본 실험을 수행하기 위하여 SUS(stainless steel) 재질의 챔버(chamber)를 제작하였다. 챔버의 크기는 5.
- 7 으로 접촉시간을 고려하면 NOz가 포집될가능성이 그 만큼 높을 수 있음을 알 수 있다. 이 결과를 토대로 이후 실험은 NO2 포집효율이 높은 Gilian 의 Cyclone을 이용하였다.
- 앞의실험과 같이 Cyclone 후단에 임핀저를 2개 연결하여필터에서 포집되지 못한 NQ를 임핀저에서 포집할 수있도록 하였다. 총 30회 시료채취를 수행하였고 NO2 시료채취와 동시에 공시료(blanlO 실험을 하였다. 다중필터실험에서 저.
성능/효과
- 7 Z/min&로 했을때 2단으로 임핀저를 설치해도 임핀저에서 NO?가 충분히 포집되지 못하고 통과할 수 있음을 나타낸다. 2단에서 통과한 NO2 양을 고려하여 필터의 종합 포집효율을 보정했을 때 3개의 필터를 삽입한 것은 평균 89+ 3%(i=0.993, p<0.001)를 나타내었다(Fig. 2). 필터에 의한 NO2 포집은 Y=0.
- 실험결과를 Table 1에서 살펴보면 Gilian의 Cyclone 효율은 대략 80%이었고, SKC의 Aluminum Cyclone 의 효율은 대략 73%를 나타내어 Gilian의 Cyclone의효율이 높은 포집효율을 나타내었다. 이 결과는 결국유량의 차이 때문으로 생각하며, Gilian의 Cyclonee유량^ 1.
- 영국과 스페인에서 조사된 주택 실내환경의 no2 농도에 주된 영향 요인은 지역의 기후, 실내외 환기, 대기오염물질 농도, 건축특성에도 불구하고 가스 연소도구와 흡연이었다?0 Li 등(1993)은 가스렌지를 이용하여취사하는 동안 미세분진이 유의하게 증가하는 경향을보고하였다이와 같이 주택 실내환경에서 가스렌지등과 같은 연소 도구에서 발생되는 가스상 및 입자상오염물질에 대해 많은 연구가 수행되었다그 이유는입자상 물질과 가스상 물질의 동력학적 현상이 차이가있을 수 있고 서로 반응하여 더 유해한 물질로 변환될수 있으며 재실자에게 동시 노출시 위해성이 상승될 수있기 때문이다. 따라서 주택의 실내공기질 평가시 입자상 및 가스상 오염물질을 동시에 측정히는 것이 필요하다.
- Whatman의 Chromatorgraphy 용 CeUulose 필터는 Toyo Roshi의 필터와 비슷한 효율을나타내었으며, 유리 신터필터는 CeHulose 필터보다 낮은 효율을 보였다. 유리 신터필터는 공극크기가 30 um 와 50 um 두 가지를 사용하였으며, 예상대로 공극크기적은 30 um가 더 높은 효율을 보였다.'0 그리고 동시에 측정된 RSP의 농도는 Gilian 및 SKC Aluminum 에서 각각 3.
- 다중필터실험에서 저. 중, 고농도의 포집효율은 각각 평균 91.5%, 93.5%, 92.7%를 나타내었다.
후속연구
- 89X로, 필터에 의한 포집효율이 89%임을 의미하며 필터에 의한 NO2 농도 측정시 보정하여 사용할 수 있었다. 또한 실험결과 본 방법이 NO2 농도 400 ppb 이하에서 적용가능 하지만, 농도에 따른포집 효율 보정 값이 일정하지 않을 수 있는 한계점을고려하여 더욱 정확도를 높인 연구가 추가적으로 필요할 것으로 생각한다.
- 89X로, 실내공기질 측정 현장에서 필터에 의한 NO2 농도 측정시 보정하여 사용 가능할 것으로 생각한다. 흐}지만, 필터 방법에 의한 NOz의 100% 포집이 어려운 제한점을 갖고있기 때문에 추후 다양한 응용방법으로 정확도와 정밀도를 높인 연구가 필요할 것이다.
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