본 연구에서는 CO, HCHO, $CH_3CHO$, PM10, PM2.5 등의 담배연기 내에 포함된 유해물질들의 농도를 지표로 광촉매와 필터로 구성된 공기정화장치를 부착한 흡연부스 내의 공기질을 평가하였다. 또한 광촉매에서 발생되는 OH 라디칼과 담배연기 내 가스상 유해물질들과의 반응성을 향상시켜 제거효율을 높이기 위해 적외선을 주사하였다. 공기정화장치와 필터를 활용한 흡연부스의 실험 결과, 시스템 가동 전보다 가스상 오염물질은 포름알데히드 포함 최대 85.2% 향상된 제거효율을 나타냈다. 처리 후의 미세먼지는 최대 89.4% 향상된 제거효율을 나타냈다.
본 연구에서는 CO, HCHO, $CH_3CHO$, PM10, PM2.5 등의 담배연기 내에 포함된 유해물질들의 농도를 지표로 광촉매와 필터로 구성된 공기정화장치를 부착한 흡연부스 내의 공기질을 평가하였다. 또한 광촉매에서 발생되는 OH 라디칼과 담배연기 내 가스상 유해물질들과의 반응성을 향상시켜 제거효율을 높이기 위해 적외선을 주사하였다. 공기정화장치와 필터를 활용한 흡연부스의 실험 결과, 시스템 가동 전보다 가스상 오염물질은 포름알데히드 포함 최대 85.2% 향상된 제거효율을 나타냈다. 처리 후의 미세먼지는 최대 89.4% 향상된 제거효율을 나타냈다.
The current study evaluated the air quality of the smoking booth equipped with the air purification system consisting of photocatalysts and air filters by measuring the concentrations of hazardous substances of tobacco smoke such as CO, HCHO, $CH_3CHO$, PM10 and PM2.5. To enhance the remo...
The current study evaluated the air quality of the smoking booth equipped with the air purification system consisting of photocatalysts and air filters by measuring the concentrations of hazardous substances of tobacco smoke such as CO, HCHO, $CH_3CHO$, PM10 and PM2.5. To enhance the removal efficiency of hazardous substances, an infrared ray was exposed to improve the reactivity of OH radical generated from the photocatalyst toward environmental tobacco smoke (ETS) gas phase hazardous materials. It was found that the smoking booth with the air purification system improved the removal efficiency of hazardous substances containing formaldehyde by 85.2% compared to that of the smoking booth without any purification systems. In addition, the removal efficiency of the fine dust after treatment was enhanced up to 89.4%.
The current study evaluated the air quality of the smoking booth equipped with the air purification system consisting of photocatalysts and air filters by measuring the concentrations of hazardous substances of tobacco smoke such as CO, HCHO, $CH_3CHO$, PM10 and PM2.5. To enhance the removal efficiency of hazardous substances, an infrared ray was exposed to improve the reactivity of OH radical generated from the photocatalyst toward environmental tobacco smoke (ETS) gas phase hazardous materials. It was found that the smoking booth with the air purification system improved the removal efficiency of hazardous substances containing formaldehyde by 85.2% compared to that of the smoking booth without any purification systems. In addition, the removal efficiency of the fine dust after treatment was enhanced up to 89.4%.
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문제 정의
공기 정화에 사용된 광촉매 셀의 구조를 파악하기 위하여 합금 종류와 조성비를 상세히 알아보고자 아래와 같은 기기분석을 시행하였다.
따라서 산업현장 악취 성분들, 즉 무기가스류와 VOC 제거에 우수한 성능을 나타낸 TiO2 광촉매 이용 공기 정화를 현재 심각한 문제를 일으키고 있는 흡연부스에 적용하고자 하였으며, 본 연구를 통해 ETS 내 다량 포함된 일산화탄소, 이산화탄소, 포름알데히드, 아세트알데히드, 미세먼지 등의 제거효율을 검토하고자 한다.
제안 방법
담배를 연소시키기 위해 Siphon Pump (DP-14) 의 흡입구에 담배를 고정시킨 후, 수동으로 펌프를 작동하였다. 1회 실험시 5개비의 담배를 연소시켜 결과 값을 측정하였다. 본 실험의 측정 항목으로 일산화탄소, 포름알데히드, 아세트알데히드, PM10, PM2.
5)의 제거 특성을 검토하였다. 2.2에서 언급한 바와 같이 필터가동 유무에 따른 미세분진 제거효율을 측정하였다.
3.1절에서 분석한 광촉매 셀을 부착한 공기정화기를 실험 장치에 적용하고, 흡연 시 배출되는 가스 성분들에 대한 제거효율을 검토하였다.
EDS (Energy dispersive X-ray spectroscopy)를 사용하여 SEM (주사 전자현미경, Scanning Electron Microscopy)과 함께 금속 종류와 조성비를 알아보고자 하였으며, 그 결과를 Figure 2에 나타내었다. EDS 분석 결과, Ti과 Au, Al, Rh 등이 함유되어 있었으며, 산화물 형태로 형성되어 있다.
Figure 3의 XPS (X선 광전자분광법, X-ray Photoelectron Spectroscopy) 분석을 통하여 EDS에서 나타난 금속 성분들의 조성을 살펴보았다. X-ray Photoelectron 산란으로 야기되어지는 각 금속성분들의 구조 결합 상태를 Ti, Au, Si, Al, Rh, Cu, C, Na 등의 전자궤도에 따른 전위값 (binding energy (eV))으로 모두 표시하였다.
초기 오염물질 측정지점은 담배 5개비를 모두 다 태운 시점부터 측정을 시작하였으며, 오염물질들은 20 s 간격으로 720 s까지 측정하였다. 가스상 오염물질의 경우 공기정화장치의 가동 유무를 변수로 실험하였으며, 입자상 오염물질인 미세먼지의 경우 필터 장착 가동 유무를 변수로 실험에 임했다. 측정에 사용한 장비로는 MIC METER INDUSTRIAL COMPANY의 portable 포름알데히드 측정 장비, CEM사의 Particle Counter MODEL DT-9880M (미세먼지 (PM2.
광촉매 공기정화기와 에어필터를 활용한 흡연부스에 담배연기를 발생시켜 공기 질 특성을 조사한 결과, 가스제거효율과 미세분진 제거효율에 대한 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
오염물질의 산화는 대부분 OH 라디칼에 의해 진행되며, 아래와 같은 반응식(7∼11)으로 분해가 된다[19,20]. 또한 아래 유해물질들과의 반응활성도를 높이기 위하여 800~1000 nm의 파장을 지닌 근적외선을 주사하였다.
본 실험에서는 anatase TiO2 광촉매와 254 nm 파장의 자외선램프를 사용하여 반응성을 향상시키고, 오염물질을 분해하는 방식을 활용하였으며, 오염 물질은 대부분 산화 반응을 통해 중간물질로 변하게 된다. 오염물질의 산화는 대부분 OH 라디칼에 의해 진행되며, 아래와 같은 반응식(7∼11)으로 분해가 된다[19,20].
1회 실험시 5개비의 담배를 연소시켜 결과 값을 측정하였다. 본 실험의 측정 항목으로 일산화탄소, 포름알데히드, 아세트알데히드, PM10, PM2.5를 선택하여 제거효율을 평가하였으며, 3회 실시한 측정값의 평균을 결과값으로 하여 오차를 줄이고자 하였다. 환기장치의 유속은 2.
2 m/s 로 조절하였으며, 실험 장치 내부 온도는 20 ± 3 ℃, 상대습도는 40 ± 5%의 조건 아래서 실험을 진행하였다. 초기 오염물질 측정지점은 담배 5개비를 모두 다 태운 시점부터 측정을 시작하였으며, 오염물질들은 20 s 간격으로 720 s까지 측정하였다. 가스상 오염물질의 경우 공기정화장치의 가동 유무를 변수로 실험하였으며, 입자상 오염물질인 미세먼지의 경우 필터 장착 가동 유무를 변수로 실험에 임했다.
흡연 시 실험장치 내에서의 ETS에서 발생되는 미세분진(PM10)과 초미세분진(PM2.5)의 제거 특성을 검토하였다. 2.
대상 데이터
본 실험에는 ActivePure Technology사의 US 70728 광촉매셀(RCI (Radiant Catalytic Ionization) Cell)과 에어필터(헤파필터, O사 제품)를 장착한 공기정화장치를 사용하였다. ETS가 배출되는 챔버의 크기는 1.
가스상 오염물질의 경우 공기정화장치의 가동 유무를 변수로 실험하였으며, 입자상 오염물질인 미세먼지의 경우 필터 장착 가동 유무를 변수로 실험에 임했다. 측정에 사용한 장비로는 MIC METER INDUSTRIAL COMPANY의 portable 포름알데히드 측정 장비, CEM사의 Particle Counter MODEL DT-9880M (미세먼지 (PM2.5, PM10) 측정 장비), TSI사의 IAQ-CALC (Model 7545) 일산화탄소 측정 장비, ALPHALAB INC(미국)의 이온 측정 장비를 사용하였다. 또한 아세트알데히드 측정에 있어서는 Agilent사의 HPLC 1100를 사용하였고, 공정시험법에 의거하여 실험을 진행하였다.
이론/모형
5, PM10) 측정 장비), TSI사의 IAQ-CALC (Model 7545) 일산화탄소 측정 장비, ALPHALAB INC(미국)의 이온 측정 장비를 사용하였다. 또한 아세트알데히드 측정에 있어서는 Agilent사의 HPLC 1100를 사용하였고, 공정시험법에 의거하여 실험을 진행하였다.
성능/효과
1. 광촉매 셀 EDS 분석 결과 Ti, Au, Al, Rh 등과 같은 다공성 금속 합금으로 구성되어 있으며 무게비(wt%)는 Ti > Si > Au > Al > Rh 순으로 되어있다.
2. 일산화탄소의 경우 공기정화기에 의한 제거효율은 82.4%로 공기정화기를 가동하지 않았을 때인 0.16% 보다 약 515배 차이로, 광촉매 및 적외선을 이용할 경우 일산화탄소 제거에 효과적이라고 판단된다.
3. 포름알데히드의 경우 초기 농도는 11.72 ppm으로 측정되었고, 전량 제거되는데 걸리는 시간은 1580 s로 나타났다. 공기정화기를 12 min 동안 가동할 경우 포름알데히드의 제거효율은 85.
4. 2급 발암물질인 아세트알데히드의 제거효율은 공기정화기를 가동할 경우, 가동하지 않을 경우 각각 81.1, 16.5%로 제거 성능은 약 4.9배 차이가 난다.
5. 입자상 물질인 PM10, PM2.5 모두 공기정화기 가동 시 측정 초반에 농도 값이 증가하는 추세를 보였다. 이는 공기정화기 순환 유속에 의한 결과로 판단된다.
6. 본 실험은 batch 형태의 chamber 시험인 바, 실제 연속공정에 적용하기에는 다소 무리가 있지만, 이를 기초로 흡연부스에 본 시스템 장착을 통하여 유해가스 저감이 가능하다.
IR 분석을 통하여 광촉매 셀의 지지체가 PET (고분자 플라스틱, Polyethylene Terephthalate) 성분으로 구성되어 있고, 하니콤 형태의 지지체 위에 금속합금이 다공성 형태를 이루면서 이온 방출이 용이한 구조로 되어있음을 50 K 배율의 SEM 사진으로 확인할 수 있었다.
72 ppm으로 측정되었고, 전량 제거되는데 걸리는 시간은 1580 s로 나타났다. 공기정화기를 12 min 동안 가동할 경우 포름알데히드의 제거효율은 85.2%로 공기정화기를 가동하지 않았을 때보다 13.3배 높은 제거 성능을 나타냈다.
3 ppm으로 측정되었다. 비교를 위해 720 s 후의 농도는 공기정화기를 가동했을 경우 일산화탄소 농도는 31.3 ppm, 공기정화기를 가동하지 않은 밀폐된 상태에서는 184.0 ppm으로 제거효율은 각각 82.4%와 0.16%로 공기정화기의 일산화탄소 제거 성능이 자정능력으로 인한 일산화탄소 제거 성능보다 약 515배 높은 것을 확인할 수 있었다.
광촉매는 아래의 몇 가지 특성으로 인해 유해물질의 분해에 있어 뛰어난 성능을 인증받아 공기 정화용 광촉매로서 많은 연구가 진행 중이다[13-17]. 첫째, TiO2가 화학적, 광화학적 안정성이 뛰어난 점, 둘째, 유해물질의 분해반응이 대부분 산화 반응으로 진행되는 점이다. TiO2는 388 nm 이하의 자외선을 흡수하면 CB (Conduction Band)에 ecb- 를, VB (Valance Band)에 hvb+ 을 생성시키는데, 이렇게 생성된 hvb+ 는 TiO2 표면의 OH기와 반응하여 강력한 산화제인 OH 라디칼을 형성하게 된다.
이는 공기정화기 순환 유속에 의한 결과로 판단된다. 필터 장착 유무에 의한 미세분진 제거효율은 PM10, PM2.5 각각 89.4, 64.3%로 나타났다.
후속연구
따라서 2014년부터 국민건강증진법에 의해 금연법이 실시되고 있는 현실에서, ETS의 무단 외부 배출로 인해 국민 건강을 위협할 수 있는 현황을 광촉매 및 필터를 이용한 공기정화 흡연부스를 활용함으로써 유해물질의 배출을 저감시킬 수 있는 방안을 제시할 수 있다고 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
ETS란 무엇인가?
ETS는 궐련, 담배, 시가, 파이프 담배의 끝부분이 탈 때 발생하는 비주류 연기(side-stream smoke, SS)와 흡연자의 폐를 거쳐 발생되는 주류 연기(main-stream smoke, MS)의 혼합물로 정의하고 있으며, ETS 의 대부분을 비주류 연기가 차지하고 있다[1]. ETS는 1992년 미국 연방환경청(EPA)에 의해 발암물질로 분류되었다[2].
흡연실 설치 관련 규정에 따르면 흡연실 설치 조건은 어떠한가?
이로 인해 흡연 관련 시설을 설치하는 사업장이 늘어나는 추세이다. 흡연실 설치 관련 규정에 따르면 간접흡연을 예방하기 위해 가급적 옥상에 설치하거나 각 시설의 출입구로부터 10 m 이상의 거리에 설치하여야 하며, 부득이한 경우 건물 내에 흡연실을 설치할 수 있다. 그러나 현재 흡연실 설치와 관련 된 법규가 체계적으로 이루어지지 않은 상태로, 대부분의 흡연실은 별도의 공기 정화 없이 담배 연기를 환기⋅배출하고 있다.
흡연 관련 시설을 설치하는 사업장이 늘어나게 된 배경은 무엇인가?
2014년 국민건강증진법에 의해 100 m2 이상의 사업장이 금연구역으로 규정한 이후 2015년 개정됨에 따라 사업장 면적에 관계없이 모든 사업장이 금연구역으로 지정되었다. 이로 인해 흡연 관련 시설을 설치하는 사업장이 늘어나는 추세이다.
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