[논문]망간산화물 촉매를 이용한 악취제거

서성규; 윤형선; 마충곤; 류의

doi:10.5572/kosae.2010.26.4.443

망간산화물 촉매를 이용한 악취제거
Odors Removal by using Manganese Oxide Catalysts 원문보기

한국대기환경학회지 = Journal of Korean Society for Atmospheric Environment, v.26 no.4, 2010년, pp.443 - 448

서성규 (전남대학교 건설.환경공학부) , 윤형선 (한국산업단지공단 전남EIP사업단) , 마충곤 (전남대학교 건설.환경공학부) , 류의 (전남대학교 건설.환경공학부)

Abstract ▼ AI-Helper

The objective of this study was to assess the catalytic activities of manganese oxide (MnO, $MnO_2$, $Mn_2O_3$, and $Mn_3O_4$) catalysts for odors (acetaldehyde and propionaldehyde) removal. We used a fixed bed reactor as the experimental apparatus and the catalytic performance were carried out over the temperature range of $200{\sim}470^{\circ}C$. The properties and performance of catalysts were characterized by the X-ray diffraction (XRD) and Brunauer Emmett Teller (BET). The catalytic activities of manganese oxide catalysts for acetaldehyde combustion were in the order of MnO < $MnO_2$ < $Mn_2O_3$ < $Mn_3O_4$, and it is similar to that of propionaldehyde combustion. We also confirmed that the reactions have well followed the kinetic model of Power-Rate Law and the reaction order (n) is 1 for both of the acetaldehyde and propionaldehyde combustion. In addition, the reaction activation energy of acetaldehyde and propionaldehyde combustion over $Mn_3O_4$ were found to be $72.42\;kJmol^{-1}$ for 487~503 K and $51.14\;kJmol^{-1}$ for 473~533 K, respectively.

주제어

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문제 정의

따라서 본 연구에서는 석유화학공장에서 주로 배출되는 아세트알데 히드와 프로피온알데 히드를 악취대상 물질로 선정하고 악취제거용 촉매로서 망간 산화물 (MnO, MnO₂, , Mn2O₃> MmQ)의 적용가능성을 고찰하였다. 또한 망간산화물의 물리화학적 특성변화는 X-ray diffraction (XRD) 및 Brunauer Emmett Teller (BET)분석을 이용하여 조사하였다.

제안 방법

다양한 산화상태 의 망간산화물 (MnO, MnOa Mn2O₃, M1I3O₄)촉매에 대한 아세트알데히드 및 프로피 온알데 히 드의 촉매 연소특성을 나타내었다. 그림 1 은 아세트알데히드의 경우로서, MnO는 반응온도 380℃에서 63.
또한 망간산화물의 물리화학적 특성변화는 X-ray diffraction (XRD) 및 Brunauer Emmett Teller (BET)분석을 이용하여 조사하였다.
021074, USA) 및 프로피온알데히 드 (Aldrich, Lot No, 14904CB, USA) 를 이용하였으며 촉매 연소 실험은 자체 제작한 상압 유통식 반응장치를 이용하였다. 망간산화물의 물리화학■적 특성 조사를 위해 결정구조는 XRD (Geigerflex, Rigakn Co., Japan), 비표면적 분석은 BET (ASAP 2400, Micromeritics, USA)를 이용하여 조사하였다. 한편, 망간산화물의 전처리조건은 처리시 촉매활성 이 우수한 것으로 보고된 방법을 선택하였다(Seo and Yoon, 2(X)4b).
히드. 와 프로피온알데히드를 악취대상물질로 선정하고, 악취 제거용 촉매로서 망간산화물 (MnO, MnO₂, Mn2O₃> M113O₄)의 적용가능성을 고찰한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
전처리에 따른 MnKZ와 MnQa에 대한 결정구조변화를 조사하였다. 그림 3은 MnKXt이며, A) fresh한 경우로 20=36.

대상 데이터

본 실험에서 망간산화물로는 MnO (99%, Aldrich, Lot No. 09526HS, USA), MnO₂ (99%, Aldrich, Lot No. 02221DR, USA), Mn2O₃ (99.999%, Aldrich, Lot No. 00724MQ, USA) 및 Mn3O₄ (97%, Aldrich, Lot No. 14617PR, USA)를 사용하였다. 악취물질로는 아세트알데히드(AR-1048 Tedia, Lot No.
다양한 악취규제물질 중 알데히드류 발생원의 경우 석유화학계 기초제조공장, 사료 . 비료 제조공장, 코크스 제조공장, 인쇄 . 도장 공장, 담배 제조공장, 폐기물 처리장, 소각장 등에서 발생되며, 알데히드류의 악취규제 물질 중 아세트알데히드, 프로피온알데 히드 부틸알데 히드는 석유화학공업에서 많이발생되는 것으로 보고되어 있다.
석유화학공장에서 주로 배출되는 아세 트알데 히드. 와 프로피온알데히드를 악취대상물질로 선정하고, 악취 제거용 촉매로서 망간산화물 (MnO, MnO₂, Mn2O₃> M113O₄)의 적용가능성을 고찰한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
14617PR, USA)를 사용하였다. 악취물질로는 아세트알데히드(AR-1048 Tedia, Lot No. 021074, USA) 및 프로피온알데히 드 (Aldrich, Lot No, 14904CB, USA) 를 이용하였으며 촉매 연소 실험은 자체 제작한 상압 유통식 반응장치를 이용하였다. 망간산화물의 물리화학■적 특성 조사를 위해 결정구조는 XRD (Geigerflex, Rigakn Co.

이론/모형

, 2004; Chu and Homg, 1998). 본 연구의 경우, 초기농도 법 모델을 이용하여 망간산화물의 아세트알데히드와 프로피온알데히드 반응차수를 산정하였다. 초기농도 법 모델은 아래 식(2)와 같다.

성능/효과

1) 다양한 망간산화물의 촉매활성 서 열은 MnO< MnOzVMihQVMnQq 순서로 나타났다.
2) M1I3O₄는 아세트알데히드 및 프로피온알데히드연소시 반응온도 260℃에서도 높은 전화율을 나타내어, 악취물질 제거에 우수한 촉매활성을 보였다.
3) XRD 분석 결과, 전처리 후 MnQ는 MsQj의 결정구조를 갖는 새로운 금속산화물로 전이되었다.
4) 반복적인 전처리 시 MiH%의 비표면적은 계속 감소하였으나, MihQj보다는 상대적으로 높은 비 표면적을 가지고 있어, 촉매활성에 영향을 미친 것으로 판단된다.
5) 망간산화물의 활성화 에너지는 아세트알데히드와 프로피온알데히드의 촉매연소반응 결과와 일치하였으며, 1\4珥04의 촉매활성은 다른 망간 산화물보다 더 우수한 것으로 판단된다.
6) 아세 트알데 히 드와 프로피 온알데히 드에 대 한 Mn304촉매의 활성화 에너지는 각각 72.42kJmor1 (487 ~ 503 K) 및 51.14 kJmor1 (473 ~ 533 K)였다.
7%의 높은 활성으로 망간산화물중 가장 우수한 활성을 나타내었다. 따라서 아세트알데히드 및 프로피온알데히드의연소에 대한 망간산화물의 촉매활성 서열은 MnO< MnO₂ <Mn2O₃ < Mn3O₄ 순으로 나타났다.
69에서 새로운 회절각들이 관찰되고 있다. 따라서 전처리에 따라 관찰되는 이러한 주요 회절선들의 상대적인 강도와 회절각을 기준으로 JCPDS (Joint Commit- tee on Powder Diffraction Standards) (1997)4 비교한 결과 Mn&a의 경우는 Mi&Oj의 결정구조로 전이되는 것을 확인할 수 있었다. 그림 4는 Mn;Q3이며 전처리후에도 결정구조의 변화가 없는 것으로 나타났다.

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