[논문]화학제품 제조업에서 발생한 VOC의 탈착반응 연구

박근익; 윤성민; 김주연; 길인섭; 박희재; 이영우

화학제품 제조업에서 발생한 VOC의 탈착반응 연구
Study on Desorption Reaction of VOC Produced from Manufacturing of Chemical Products 원문보기

공업화학 = Applied chemistry for engineering, v.21 no.5, 2010년, pp.505 - 508

박근익 (충남대학교 공과대학 화학공학과) , 윤성민 (충남대학교 공과대학 화학공학과) , 김주연 (충남대학교 공과대학 화학공학과) , 길인섭 (시흥환경기술개발센터) , 박희재 (시흥환경기술개발센터) , 이영우 (충남대학교 녹색에너지기술전문대학원)

초록
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시화/반월 산단 내에서 활성탄 흡착탑을 사용하는 업종 중 기타 화학제품 제조업종에서 수거한 폐활성탄의 탈착반응 특성을 조사하였다. 탈착특성을 조사하기 위하여 열중량분석기(Thermogravimetric Analyzer, TGA)가 사용되었다. 탈착 반응특성 비교에 중요한 요소인 반응차수와 활성화 에너지를 구하기 위하여 Friedman법과 Freeman-carroll법을 사용하였다. 기타 화학제품 제조업종에서 수거한 폐활성탄으로 Friedman법을 이용하여 활성화 에너지를 계산한 결과, 24.8~46.5 kJ/moL을 나타내었으며, Freeman-carroll법을 이용하여 반응차수와 활성화 에너지를 계산한 결과, 반응차수는 0.11~1.69, 활성화 에너지는 8.77~32.26 kJ/moL이었다.

Abstract ▼ AI-Helper

The characteristics of desorption reaction for spent activated carbon produced from the manufacture of other chemical products in Shiwha/Banwal industrial complex were investigated. TGA (Thermogravimetric Analyzer) was used to study for characteristics of desorption and kinetics. Then Friedman method and Freeman-carroll method were used to find the activation energy and the order of reaction. Activation energy by Friedman method was 24.82~46.49 kJ/moL. And then activation energy and order of reaction by Freeman-carroll method were 8.77~32.26 kJ/moL and 0.11~1.69.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 기타 화학제품 제조업종에서 발생된 VOC의 탈착반응특성에 대해 조사하였다. 2008년도 시화/반월공단의 전수조사 결과를 바탕으로[8], 활성화 에너지와 반응차수를 알아보았으며, 이를 위해 Friedman법과 Freeman-carroll법이 사용되었다.

제안 방법

그러나 이 실험은 등온실험이기 때문에 최종온도 240 ℃에 도달하였을 때, #의 값은 계속 변화하지만 #의 값은 일정하게 되므로 등온상태에서 Friedman법의 기울기를 이용하여 활성화 에너지를 구하는 것은 어렵다. 따라서 최종온도에 도달한 이후에는 활성화에너지를 구하기 어렵기 때문에, 최종온도 이전의 전환율에 대한 활성화 에너지를 구하였다.
분당 50 mL의 질소를 흘려주면서 10 ℃/min의 승온속도로 240 ℃까지 승온시킨 후, 240 ℃의 등온상태에서 180 min 동안 실험하였다. 또한, 승온속도의 변화에 따른 반응특성을 알아보기 위해 5, 20 ℃/min의 승온속도에 대한 실험을 수행하였다.

대상 데이터

본 연구에서는 54개 업체 중 기타 화학제품 제조업종의 5개 업종 즉, 인쇄잉크 제조업, 일반 도료 및 관련제품 제조업, 계면활성제 제조업, 접착제 및 젤라틴 제조업, 그 외 기타 분류 안 된 화학제품 제조업에서 3개 업체씩 총 15개 업체를 선택하여 실험을 실시하였다. 15개 업체에서 수거한 폐활성탄의 사용기간과 요오드가 Table 1과 같다.
2008년도에 실시한 시화/반월공단의 전수조사 결과에 따르면 610개 업체에서 총 1058기의 활성탄 흡착탑이 사용되고 있다[8]. 이들 업체 중 활성탑 흡착탑의 사용이 많은 업체들을 분류하여 총 18개 업종, 54개 업체를 선정하여 폐활성탄을 수거하였다.

이론/모형

본 논문에서는 기타 화학제품 제조업종에서 발생된 VOC의 탈착반응특성에 대해 조사하였다. 2008년도 시화/반월공단의 전수조사 결과를 바탕으로[8], 활성화 에너지와 반응차수를 알아보았으며, 이를 위해 Friedman법과 Freeman-carroll법이 사용되었다.
하지만 열분해반응이 1차의 반응차수를 가질 경우, 그 적용범위가 한정되므로 반응차수가 1을 크게 벗어나는 경우 오차를 수반하게 되는 단점이 있다. 이와 같은 단점을 보완하기 위하여 Freeman-carroll법을 사용하였으며, 식 (4)를 식 (6)과 같이 나타낼 수 있다.
활성탄의 탈착특성을 알아보기 위해 TA instruments사의 TGA-2050이 사용되었다. 분당 50 mL의 질소를 흘려주면서 10 ℃/min의 승온속도로 240 ℃까지 승온시킨 후, 240 ℃의 등온상태에서 180 min 동안 실험하였다.

성능/효과

1) 폐활성탄의 TGA 실험결과, 100 ℃부근에서 수분이 탈착되었으며 240 ℃에서 대부분의 VOC 탈착이 완료되었다.
2) 폐활성탄의 탈착특성은 업체별로 차이를 보였으며, 폐활성탄에 흡착된 VOC의 양은 6∼15%였다.
3) 15개의 업체를 대상으로 Friedman법과 Freeman-carroll법을 이용하여 활성화 에너지와 반응차수를 계산한 결과, Friedman법에 의한 활성화 에너지는 24.82∼46.49 kJ/moL이었으며, Freeman-carroll법에 의한 활성화 에너지는 8.77∼32.26 kJ/moL, 반응차수는 0.11∼1.69이었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	시화/반월 산단에 VOC의 배출량이 높은 이유는?	특히 시화/반월 산단의 경우, 화학 산업체가 밀집되어 있기 때문에 VOC의 배출량이 높아 대기오염뿐만 아니라 인근 주민들에게 많은 피해를 주고 있다. 시흥환경기술개발센터에서 실시한 설문조사 결과, 시화지역 주민의 57.
	휘발성 유기화합물의 위험성은?	휘발성 유기화합물(Volatile Organic Compounds, VOCs)은 많은 산업현장에서 발생되고 있다. VOC는 인체에 치명적인 영향을 미치는 독성을 포함한 발암물질로써, 현재 합성, 세정, 도장 등과 관련된 석유화학공업 분야에서 각종 유기용매가 사용되고 있으며, 이와 같은 요인에 의해 대기질의 변화를 초래하는 주요 요인의 하나로 알려져 있다[1,2]. 따라서 VOC를 효율적으로 회수할 수 있는 공정이나 장치의 개발이 필요하다[3-5].
	시흥환경기술개발센터에서 실시한 설문조사 결과 시화지역 주민중 악취에 시달리고 있는 주민의 비율은?	특히 시화/반월 산단의 경우, 화학 산업체가 밀집되어 있기 때문에 VOC의 배출량이 높아 대기오염뿐만 아니라 인근 주민들에게 많은 피해를 주고 있다. 시흥환경기술개발센터에서 실시한 설문조사 결과, 시화지역 주민의 57.4%가 1주일에 평균 하루 이상 악취에 시달리고 있으며 악취발생원으로는 응답자 중 53.4%가 화학업체를 지목하고 있다[1].

참고문헌 (9)

J. Y. Kim, H. S. Lee, J. K. Yu, I. S. Kil, D. H. Kim, and Y. W. Rhee, J. of Korean Society of Environmental Engineers, 32, 1229 (2005).
S. H. Byeon, J. G. Lee, and J. G. Kim, J. of Korean Socity of Environmental Engineers, 32, 1229 (2010).
H. T. Song, S. W. Kang, B. H. Min, and S. S. Suh, Clean Technology, 12, 153 (2003).
B. K. Seo, Y. S. Na, and S. K. Song, J. of the Environmental Sciences, 12, 825 (2003).

원문보기 상세보기
R. Samuelsson, C. Nilsson, and J. Burvall, Biomass and Bioenergy, 30, 923 (2006).

상세보기
Y. W. Rhee, Efficiency Evaluation of Activated Carbon Beds Operated in Shiwha/Banwal Industrial Complex, ed. M. C. Seo, Siheung Environmental Technology Development Center, Siheung, Korea (2007).
D. J. Yang, J. K. Kim, I. S. Kil, S. M. Yoon, J. Y. Kim, and Y. W. Rhee, Korean J. of Oder Research and Engineering, 8, 173 (2009).
Y. W. Rhee, the Study of Management Plan and Apporpriate Replacement Cycle for the Activated Carbon and Scrubbing Liquid in Shiwha/Banwal Industrial Complex, ed. J. K. Kim, Siheung Environmental Technology Development Center, Siheung, Korea (2008).
Y. W. Rhee, Investigation on Recovery of Energy Resources from Waste Activated Carbons Generated in VOC Adsorption Towers of Shiwha/Banwal Industrial Complex, ed. J. K. Kim, Siheung Environmental Technology Development Center, Siheung, Korea (2009).

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