[논문]마이크로파 조사에 의한 SF6 분해시 Al2O3 첨가의 영향

최성우

doi:10.5322/jes.2013.22.1.83

마이크로파 조사에 의한 SF6 분해시 Al2O3 첨가의 영향
Effect of Al2O3 Addition on SF6 Decomposition by Microwave Irradiation 원문보기

한국환경과학회지 = Journal of the environmental sciences, v.22 no.1, 2013년, pp.83 - 89

Abstract ▼ AI-Helper

Silicon carbide with aluminium oxide was used to remove the sulphur hexafluoride ($SF_6$) gas using microwave irradiation. The destruction and removal efficiencies (DREs) of $SF_6$ were studies as a function of various decomposition temperatures and microwave powers. The decomposition of $SF_6$ gas was analyzed using GC-TCD. XRD (X-ray powder diffraction) and XRF (X-ray Fluorescence Spectrometer) were used to characterize the properties of aluminum oxide. DREs of $SF_6$ were increased as the microwave powers were increased. Additive aluminium oxide on SiC increased the removal efficiencies and decreased the decomposition temperature. The XRD results show that the ${\gamma}-Al_2O_3$ was transformed to ${\alpha}-Al_2O_3$ during $SF_6$ decomposition by microwave irradiation. It was found that the best material to control $SF_6$ was SiC with $Al_2O_3$ 30 wt% in consideration of microwave energy consumption and $SF_6$ decomposition rate.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

SF₆ 분해를 위한 산화알루미늄의 최적함량을 확인하기 위해 온도에 따른 SF₆분해 실험을 실시하였다. Fig.
마이크로파의 발열체인 실리콘카바이드와 산화알루미늄의 함량비를 10 wt%에서 50 wt%까지 제조하였으며 분해온도별 SF₆의 제거효율을 분석하였다. 또한 산화알루미늄의 SF₆ 분해에 미치는 영향을 평가하고 마이크로파 조사 전 후의 산화알루미늄의 특성분석을 위해 XRD(X-ray powder diffraction) 및 XRF(X-ray Fluorescence Spectrometer)분석을 실시하였다.

제안 방법

의 분해반응을 위한 열원으로 마이크로파를 이용하였으며 촉매분해반응을 위해 산화알루미늄을 선정하였다. 마이크로파의 발열체인 실리콘카바이드와 산화알루미늄의 함량비를 10 wt%에서 50 wt%까지 제조하였으며 분해온도별 SF₆의 제거효율을 분석하였다. 또한 산화알루미늄의 SF₆ 분해에 미치는 영향을 평가하고 마이크로파 조사 전 후의 산화알루미늄의 특성분석을 위해 XRD(X-ray powder diffraction) 및 XRF(X-ray Fluorescence Spectrometer)분석을 실시하였다.

대상 데이터

SF₆의 연구재료는 마이크로파에 의한 유전가열을 유도하기 위한 SiC(Silicon Carbide:이하 SiC)와 혼합 촉매로 Al₂O₃(Acros Organics, Belgium: 이하 Al₂O₃)을 사용하였다. SiC와 Al₂O₃은 특정비율로 혼합하였으며 SiC중 Al₂O₃의 함량은 10 wt%, 20 wt%, 30 wt%, 40 wt%, 50 wt%였다.
본 연구에서는 SF₆의 분해반응을 위한 열원으로 마이크로파를 이용하였으며 촉매분해반응을 위해 산화알루미늄을 선정하였다. 마이크로파의 발열체인 실리콘카바이드와 산화알루미늄의 함량비를 10 wt%에서 50 wt%까지 제조하였으며 분해온도별 SF₆의 제거효율을 분석하였다.

성능/효과

의 제거 효율이 가장 좋은 물질임을 보여 주었으며 분해 반응은 1차 반응임을 확인하였다. 또한 산화알루미늄의 반응 전후의 물성변화를 관찰한 결과 반응 후 산화알루미늄 중 Al₂O₃은 99.64%, SO3은 0.35%로 SO₃이 생성되었으며 XRD는 결과에서는 반응 전 γ-Al₂O₃의 결정구조가 반응 후 α-Al₂O₃로 완전히 변화하여 마이크로파 조사에 따른 온도의 영향을 받는 것으로 나타났다. 본 연구는 SF₆을 제거하기 위해 열분해 열원으로 마이크로파를 사용하였다.
본 연구는 마이크로파 조사 시 산화알루미늄이 SF₆분해에 미치는 영향을 평가하기 위해 마이크로파 유전가열 발열체를 SiC로 하여 Al₂O₃의 함량별 SF₆의 분해효과 및 영향 정도를 비교 분석한 결과 SiC-Al₂O₃(30)이 700℃에서 96%, 800℃에서는 99%, 900℃이상에서는 완전 분해하여 본 연구에서 SF₆의 제거 효율이 가장 좋은 물질임을 보여 주었으며 분해 반응은 1차 반응임을 확인하였다. 또한 산화알루미늄의 반응 전후의 물성변화를 관찰한 결과 반응 후 산화알루미늄 중 Al₂O₃은 99.
본 연구는 SF₆을 제거하기 위해 열분해 열원으로 마이크로파를 사용하였다. 일반적으로 LNG등 연소법을 이용한 SF₆ 제거 시 1600℃이상의 분해온도가 필요하나본 연구에서는 SiC에 산화알루미늄을 첨가함으로서 800℃에서 동일 SF₆의 제거효율을 얻어 에너지 측면에서 효과적이었으며 화석연료를 사용하지 않음으로 연소에 의한 CO₂ 발생량이 상대적으로 적어 환경 친화적 SF₆ 제어 기술임을 보여주었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	PFC는 어느 공정에서 주로 발생하는가?	SF6를 비롯하여 CF4, CHF3, NF3, C2F6 등의 PFC(Perfluorocarbon)는 LCD, 반도체 및 전자산업공정에서 주요 발생 된다. PFC중 SF6은 지구온난화지수 (GWP100=23,900)가 가장 높은 온실가스로 대기 중 평균수명이 3200년이 되며 기후변화에 관한 정부 간 패널인 IPCC에서는 21세기 후반에 지구의 평균온도는 1.
	PFC에는 어떤 물질들이 있는가?	SF6를 비롯하여 CF4, CHF3, NF3, C2F6 등의 PFC(Perfluorocarbon)는 LCD, 반도체 및 전자산업공정에서 주요 발생 된다. PFC중 SF6은 지구온난화지수 (GWP100=23,900)가 가장 높은 온실가스로 대기 중 평균수명이 3200년이 되며 기후변화에 관한 정부 간 패널인 IPCC에서는 21세기 후반에 지구의 평균온도는 1.
	SF6을 분해하는 기술 중 연소, 열분해, 플라즈마를 이용하는 장치를 사용할 경우 발생하는 문제점은 무엇인가?	또한 Cho 등(2001)과 Chang 등(2001)은 마이크로파 플라즈마와 촉매를 이용하여 VOCs 제거 연구 결과를 보고하였으며 Sun 등(2003)은 CF4 분해 연구, Radoiu와 Hussain(2009)은 SF6 분해 연구를 수행하였으며 Ryu 등(2012)은 육불화황의 분해 효율 향상을 위해 수소를 첨가한 연구를 실시하였다. 특히 SF6 제거를 위해 연소, 열분해, 플라즈마를 이용하는 장치를 이용할 경우 공통적인 문제점은 에너지사용량이 매우 높으며 일부 공정에서는 연소에 의해 대기오염물질을 재 배출 한다는 점이다. 마이크로파는 에너지 사용량이 열분해에 이용되는 에너지 사용량에 비해 상대적으로 작으며 유전가열 시 사용되는 발열체를 이용하여 단 시간 내에 반응기의 내부온도를 1000℃이상 올릴 수 있어 에너지 효율성이 매우 뛰어난 공정이다.

참고문헌 (14)

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Ryu, J. Y., Kim, J. B., Choi, C. Y., Jang, S. H., Lee, S. J., 2012, A study on increase of sulfur hexafluoride ( $SF_{6}$ ) destruction and removal efficiency by conditioning agent( $H_{2}$ ), J. Environ. Sic., 21(9), 1163-1169.
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Xua, X. F., Jeon, J. Y., Choi, M. H., Kim, H. Y., Choi, W. C., Park, Y. K., 2007, The modification and stability of ${\gamma}-Al_{2}O_{3}$ based catalysts for hydrolytic decomposition of $CF_{4}$ ., J. Mol. Catal A-Chem., 266(1-2), 131-138.

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