선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- Chicago sky blue가 다른 염료들에 비해 상대적으로 빠르게 제거되었으나 모든 종류의 염료들이 펄스 코로나 방전에 의해 효과적으로 제거되는 것으로 나타났다. 따라서 본 연구에서는 메틸오렌지를 대표물질로 선정하여 염료 제거 특성에 미치는 운전변수의 영향을 관찰하고자 하였다.
- 본 연구에서는 펄스 코로나 방전에 의한 염색폐수 처리의 가능성을 평가하고자 하였다. 실험실 규모의 수중방전 시스템을 구성하였으며 염색폐수의 주요 성분 중의 하나인 메틸오렌지(methyl orange, MO) 제거특성을 규명하기 위한 실험을 수행하였다.
제안 방법
- 메틸오렌지 제거속도에 미치는 인가전압, 용액의 pH 및 초기전도도의 영향을 관찰하기 위해 각각의 운전변수를 변화시키면서 방전시간에 따른 메틸오 렌지 농도를 분석하였다. Fig.
- 방전특성을 측정하기 위해 500MHz의 bandwidth와 1GS/sec의 샘플링 속도를 지닌 오실로스코프 (LT354, Lecroy)를 사용하였다. 반응기에 인가되는 전압과 발생되는 전류를 측정하기 위해 1000:1 고전압 프로브(HV probe, 태양)와 CT(current transformer, Pearson Model 411)를 각각 사용하였다. 방전에 의해 반응기로 전달되는 동력(power) 및 에너지 (energy)의 양은 전극에서 측정되는 펄스 전압 및 전류의 파형을 곱하여 시간에 따라 적분하여 얻을 수 있다(정 등, 2010b).
- 5L이다. 반응기의 하단 부에 내부관으로부터 내경 10mm의 아크릴관을 설 치하고 peristaltic pump(EYELA, RP-1000)를 사용하여 으약 100mL/min의 속도로 용액을 순환시킴으로써 방전이 일어나는 동안에 용액이 균일하게 혼합되고 시료채취가 가능하도록 하였다.
- 실험장치는 방전 반응기, 고전압 펄스 발생장치, 분석시스템으로 구성되어 있다. 방전 반응기는 원통형 아크릴관을 사용하여 이중구조로 제작하였으며 내부관과 외부관 사이에 20oC의 냉각수를 흘려 등온조건에서 방전 화학반응이 일어나도록 하였다. 내부관의 직경은 120mm, 높이는 190mm이며 체적은 약 1.
- 방전 반응기로 정극성(positive polarity)의 고전압 펄스를 공급하기 위해 콘덴서(capacitor)와 회전스파 크 갭 스위치(RSG, rotary spark gap switch)를 이용하는 펄스형성회로를 구성하였다. 전원공급장치 (Glassman High Voltage Inc.
- 방전에 의해 발생되는 용액의 특성을 분석하고자 전기전도도 측정기(Trans Instruments)와 pH meter(Trans Instruments, TI900)를 사용하였다. 메틸오렌지 분석을 위해 UV/VIS spectrophotometer(Perkin Elmer Lambda25)를 사용하였다.
- 수중에서 방전이 개시되기 위해서는 높은 전계강 도(electric field strength)가 요구되므로 침 대 판 (needle to plate) 형태의 전극구조를 사용하였다.
- 본 연구에서는 펄스 코로나 방전에 의한 염색폐수 처리의 가능성을 평가하고자 하였다. 실험실 규모의 수중방전 시스템을 구성하였으며 염색폐수의 주요 성분 중의 하나인 메틸오렌지(methyl orange, MO) 제거특성을 규명하기 위한 실험을 수행하였다.
- 펄스 코로나 방전에 의한 염색폐수 처리 가능성을 평가하기 위해 실험실 규모의 수중 펄스 코로나 방전시스템을 구성하여 메틸오렌지 제거 특성에 관한 실험을 수행하였으며 다음과 같은 결론을 얻었다.
대상 데이터
- 1N의 황산 및 수산화나트륨 수용액과 KCl을 각각 사용하였다. 실험에 사용된 모든 용액은 2"S/cm 이하의 전도도를 가지는 탈이온수를 사용하여 제조하였다.
- 고전압 방전극으로 활용된 침 전극으로는 스테인레 스 재질의 needle을 사용하였으며 접지전극으로 30mm의 직경, 2mm의 두께를 가진 스테인레스 재질의 판을 사용하였다. 두 전극 사이의 간격은 50mm 조건을 유지하였다.
- 방전 반응기는 원통형 아크릴관을 사용하여 이중구조로 제작하였으며 내부관과 외부관 사이에 20oC의 냉각수를 흘려 등온조건에서 방전 화학반응이 일어나도록 하였다. 내부관의 직경은 120mm, 높이는 190mm이며 체적은 약 1.5L이다. 반응기의 하단 부에 내부관으로부터 내경 10mm의 아크릴관을 설 치하고 peristaltic pump(EYELA, RP-1000)를 사용하여 으약 100mL/min의 속도로 용액을 순환시킴으로써 방전이 일어나는 동안에 용액이 균일하게 혼합되고 시료채취가 가능하도록 하였다.
- 펄스 코로나 방전의 주요 전기적 변수 인 전압은 첨두값을 기준으로 30~45kV의 범위를 가지며 주파수는 60Hz이다. 모든 실험은 일정한 초기농도를 가진 메틸오렌지 수용액 450mL를 대상으로 수행되었다. 메틸오렌지의 초기농도는 20~ 60mg/L의 범위에서 실험하였다.
- 방전특성을 측정하기 위해 500MHz의 bandwidth와 1GS/sec의 샘플링 속도를 지닌 오실로스코프 (LT354, Lecroy)를 사용하였다. 반응기에 인가되는 전압과 발생되는 전류를 측정하기 위해 1000:1 고전압 프로브(HV probe, 태양)와 CT(current transformer, Pearson Model 411)를 각각 사용하였다.
- 1에 나타내었다. 실험장치는 방전 반응기, 고전압 펄스 발생장치, 분석시스템으로 구성되어 있다. 방전 반응기는 원통형 아크릴관을 사용하여 이중구조로 제작하였으며 내부관과 외부관 사이에 20oC의 냉각수를 흘려 등온조건에서 방전 화학반응이 일어나도록 하였다.
- 메틸오렌지의 초기농도는 20~ 60mg/L의 범위에서 실험하였다. 펄스 코로나 방전에 의한 메틸오렌지 제거특성에 미치는 용액의 초 기 pH 및 전도도의 영향을 관찰하기 위해 0.1N의 황산 및 수산화나트륨 수용액과 KCl을 각각 사용하였다. 실험에 사용된 모든 용액은 2"S/cm 이하의 전도도를 가지는 탈이온수를 사용하여 제조하였다.
성능/효과
- 1. 펄스 코로나 방전에 의해 메틸오렌지가 분해 될 때 용액의 pH는 감소하고 전도도는 증가하는 것으로 나타났으며 이는 코로나 방전에 의한 메틸 오렌지 분해생성물의 영향으로 추정된다.
- 2. 방전 반응기로 인가되는 펄스전압의 첨두값이 증가함에 따라 메틸오렌지 제거속도가 증가하는 것으로 나타났다. 이러한 결과는 전압의 첨두값이 증가하면 전계강도 및 방전에너지가 증가하여 강한 방전이 생성되고 높은 에너지를 가진 전자가 생성되어 화학적 활성종 생성이 증가하기 때문인 것으로 사료된다.
- 3. 용액의 초기 pH가 감소함에 따라 메틸오렌지 제거속도가 증가하는 것으로 나타났다. 실험된 범위 인 50~200#S/cm의 전도도 범위에서 메틸오렌지 제거속도는 100#S/cm 조건에서 가장 높았으며 50 #S/cm, 200#S/cm의 순으로 나타났다.
- 4. 20~60mg/L의 초기농도를 가진 메틸오렌지는 방전시간이 경과함에 따라 효과적으로 제거되는 것으로 나타났다. 모든 조건에서 95% 이상의 메틸오렌지가 제거되었으며 초기농도가 작을수록 빠르게 제거되는 것으로 나타났다.
- 3은 용액의 초기전도도가 100#S/cm인 조건에서 첨두값이 45kV인 펄스전압이 인가될 때, 시간 에 따른 3가지 종류(chicago sky blue, rhodamine B, methyl orange)의 염료 제거특성을 나타낸 결과 이다. Chicago sky blue가 다른 염료들에 비해 상대적으로 빠르게 제거되었으나 모든 종류의 염료들이 펄스 코로나 방전에 의해 효과적으로 제거되는 것으로 나타났다. 따라서 본 연구에서는 메틸오렌지를 대표물질로 선정하여 염료 제거 특성에 미치는 운전변수의 영향을 관찰하고자 하였다.
- 6과 100#S/cm인 조건에서 메틸오렌지 제거속도에 미치는 인가전압의 영향을 나타내고 있다. 모든 전압조건에서 일정한 시간이 경과한 후에 거의 모 든 메틸오렌지가 제거되는 것으로 나타났으며 전압의 첨두값이 증가함에 따라 메틸오렌지 제거속도가 증가하는 것으로 관찰되었다. 인가전압 증가에 따른 메틸오렌지 제거속도의 증가는 전압이 증가함에 따라 전계강도 및 방전에너지가 증가하여 강한 방전이 생성되므로 높은 에너지를 가진 전자가 생성되고 OH를 포함한 화학적 활성종들의 생성이 증가하기 때문인 것으로 판단된다.
- 20~60mg/L의 초기농도를 가진 메틸오렌지는 방전시간이 경과함에 따라 효과적으로 제거되는 것으로 나타났다. 모든 조건에서 95% 이상의 메틸오렌지가 제거되었으며 초기농도가 작을수록 빠르게 제거되는 것으로 나타났다.
- 7에 나타내었다. 모든 초기농도 조건에서 메틸오렌지는 일정한 시간까지 빠르게 제거되어 95% 이상의 제거효율이 얻어지는 것으로 나타났다. 약 95% 이상의 메틸오렌지가 제거되는데 걸리는 시간은 초기농도가 20, 30, 60mg/L일 때, 각각 50, 80, 120분으로 나타나 초기 농도가 낮을수록 빠르게 제거되는 것으로 나타났다.
- 용액의 초기 pH가 감소함에 따라 메틸오렌지 제거속도가 증가하는 것으로 나타났다. 실험된 범위 인 50~200#S/cm의 전도도 범위에서 메틸오렌지 제거속도는 100#S/cm 조건에서 가장 높았으며 50 #S/cm, 200#S/cm의 순으로 나타났다.
- 모든 초기농도 조건에서 메틸오렌지는 일정한 시간까지 빠르게 제거되어 95% 이상의 제거효율이 얻어지는 것으로 나타났다. 약 95% 이상의 메틸오렌지가 제거되는데 걸리는 시간은 초기농도가 20, 30, 60mg/L일 때, 각각 50, 80, 120분으로 나타나 초기 농도가 낮을수록 빠르게 제거되는 것으로 나타났다.
- 4A이었으며 펄스당 방전에너지는 807, 1009, 1215mJ인 것으로 나타났다. 이러한 결과는 인가전압이 증가할 때 높은 전계가 형성되어 강한 방전이 유발되므로 전류가 증가하고 반응기로 전달되는 방전에너지가 증가함을 보여준다.
- 전압이 증가함에 따라 전류 및 방전에너지가 선형적으로 증가하는 현상을 관찰할 수 있다. 인가전압의 첨두값이 35,40, 45kV일 때 측정된 전류의 첨두값은 각각 19.5, 26.4, 31.4A이었으며 펄스당 방전에너지는 807, 1009, 1215mJ인 것으로 나타났다. 이러한 결과는 인가전압이 증가할 때 높은 전계가 형성되어 강한 방전이 유발되므로 전류가 증가하고 반응기로 전달되는 방전에너지가 증가함을 보여준다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.