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식물정유와 광촉매를 이용한 흡수제 제조 및 VOCs 제거특성에 관한 연구
The Manufacture of Absorbents and Removal Characteristics of VOCs by Essential Oil and Photocatalyst 원문보기

청정기술 = Clean technology, v.23 no.1, 2017년, pp.54 - 63  

정해은 (부산대학교 사회환경시스템공학과) ,  양경순 (윈테크) ,  강민경 (부산대학교 환경연구원) ,  조준형 (창의적 해양항만도시 인프라 저영향개발 및 관리체계 구축 사업단) ,  오광중 (부산대학교 사회환경시스템공학과)

초록
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산업발전과 공업화로 인해 VOCs의 발생이 증가하고 있고, VOCs는 불쾌감을 주며 불만을 불러일으키는 요인 중 하나이다. 이를 제어하기 위해 본 연구는 식물정유와 광촉매로 흡수제를 제조하여 벤젠톨루엔을 제거하고자 하였다. 식물정유물질 선정실험을 수행한 결과, 편백나무의 제거효율이 약 70%로 가장 높게 나타났으며, GC분석 결과 Monoterpene류와 Sesquiterpene로 이루어져 있음을 확인하였다. 광촉매 선정실험 결과, 광촉매 종류는 $TiO_2$의 효율이 가장 높게 나타났으며, UV lamp power는 10 W, $TiO_2$의 양은 $0.1gL^{-1}$부터 효율이 우수하게 나타났다. 수산화라디칼 생성특성 실험결과, $TiO_2$의 농도와 UV lamp power가 클수록 많은 양의 라디칼이 생성되었다. 제조된 흡수제의 제거효율 및 반응속도 실험결과, 제거효율은 최대 약 98%까지 나타났으며, 활성화 에너지는 약 $18kJmol^{-1}$로 나타났다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Volatile organic compounds (VOCs) are widely used in both industrial and domestic activities. VOCs are one of the most unpleasant, frequently complaint-rousing factors of pollution around the world. It is now necessary to research and develop an alternative technology that could overcome the problem...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  •  본 연구에서는 VOCs의 제거효율을 증대시키기 위해 식물정유물질과 광촉매를 혼합한 흡수제를 제조하여 제거특성을 파악하고자 했다.
  • TiO2의 농도가 벤젠과 톨루엔의 제거효율에 미치는 영향을 파악하고자 하였다. 톨루엔과 벤젠 가스는 100 ppm, UV lamp 는 14 W를 사용하였고, 각 조건을 고정하고 TiO2용액의 농도를 0.
  • 벤젠과 톨루엔의 제거에 효과적인 정유를 선정하기 위한 실험을 수행하였다. 문헌조사를 통해 악취 및 VOCs 제거에 효과적인 라벤더 정유, 편백나무 정유, 적송나무 정유를 선정 하였으며, 이를 이용하여 벤젠과 톨루엔 제거 실험을 수행하였다.
  • 본 연구에서 개발한 흡수제와 VOCs에 대한 성능을 파악하기 위해 반응속도와 활성화 에너지를 도출하였다.
  • 본 연구에서는 VOCs 제어에 효과적인 최적의 흡수제 제조를 위해 식물정유와 광촉매를 대상으로 선별실험을 수행하였으며, 식물정유물질의 성분분석을 통해 VOCs물질과 반응하는 화학적 활성기를 파악하는 실험을 수행하였다. 또한 광촉매의 수산화라디칼의 생성 특성을 제시하고, 제조된 흡수제의 우수성과 적용가능성을 파악하기 위해 반응 속도식을 도출하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
인위적 배출원의 VOCs 발생원에는 무엇이 있는가? 특히 인위적 배출원의 VOCs는 연료의 불완전연소와 석유류제품, 유기용제 및 페인트의 증발, 각종 도장시설, 석유정제 및 석유화학제조시설 등에서 주로 발생한다. 이처럼 VOCs 의 배출원은 종류와 크기가 매우 다양하며 누출 등의 불특정 배출구가 산재되어 있는 특징이 있어 시설관리의 어려움이 있다[3-6].
환경오염물질 중에서 대기오염물질에 포함되는 것은 무엇인가? 최근 산업사회의 발전과 공업화로 인해 화석연료를 비롯한 합성유기화합물의 사용과 각종 유해물질의 발생이 증가하고 있다. 특히 대기오염물질 지정배출원에서 발생되는 환경오염물질인 질소산화물, 일산화탄소, 휘발성유기화합물(volatile organic compounds, VOCs), 악취에 대한 관심이 고조되고 있으며 환경문제가 심각한 실정이다.
VOCs가 대기환경에 미치는 악영향은 무엇이 있는가? 대기오염의 주요원인 중 하나인 VOCs는 대기 중에 극미량 농도로 존재하지만, 이들 성분이 대기환경의 변화에 미치는 잠재적 영향력은 가늠하기 어려울 정도로 막대하다. 또한 광화학 산화물의 전구체로 작용하여 오존오염을 증가시켜 오존 주의보 및 경보발령의 원인이 되며, 성층권의 오존층을 파괴 하는데도 일조하고, 지구 온난화에도 직접 간여하며, 일부 성분들의 경우 인체에 조혈기능장애, 간 및 신장독성, 발암성등 유해한 영향을 줄 수도 있다[1,2]. 또한 자극적이고 불쾌한 냄새를 함유하고 저농도에서 냄새를 감지할 수 있으며 대표 적인 물질로는 벤젠, 에틸벤젠, 톨루엔, 자일렌, 아세트알데히드 등이 있다.
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참고문헌 (27)

  1. Jeon, J. M., Seo, B. R., Hur, D., Man, H. J., and Seo, S. G., "Comparison of 12 Legally-designaed Malodorous Compounds Emitted from Yeosu Petrochemical Industrial Complex," Korean J. Odor Res. Eng., 6(1), 10-19 (2007). 

  2. Song, B. J., Jung, J. E., and Kim, B. K. et al, "Removal of Malodorous Compounds Caused by Foodwaste Treatment Processing(I)," Rep. Busan Inst. Health & Environ., 12, 170-191 (2002). 

  3. Lee, H.-D., Kang, D.-J., Lee, M.-H., Kang, D.-H., and Oh, K.-J., "Removal Efficiency of the Deodorization Equipment and Characteristics of Malodor during the Process in Co-treatment of Sewage and Food Waste of Su-young Wastewater Treatment Plant in Busan," Clean Technol., 18(4), 379-389 (2012). 

  4. Jeon, J.-M., Seo, B.-R., Hur, D., Jeong, M.-H., and Seo, S.-G., "Comparison of 12 Legally-Designated Malodorous Compounds Emitted from Yeosu Petrochemical Industrial Complex," J. Odor and Indoor Environ., 6(1), 10-19 (2007). 

  5. Terry, L. R., and Brion, B., "Control of Odors in the Brewing and Food Processing Industries," GE Power & Water, Technical paper (2002). 

  6. Jeong, T. S., "The Research of a UV/Ozone/Catalyst Oxidation Plants for VOCs Treatment of the Automobile Painting Booth," Ministry of Environment Report (2007). 

  7. Dewulf, J., Van Langenhove, H., De Smedt, E., and Geuens, S., "Combination of Advanced Oxidation Processes and Gas Absorption for the Treatment of Chlorinated Solvents in Waste Gases," Water Sci. Technol., 44(9), 173-180 (2001). 

  8. Tokumura, M., Wada, Y., and Usami, Y. et al, "Method of Removal of Volatile Organic Compounds by using Wet Scrubber Coupled with Photo-Fenton Reaction - Preventing Emission of By-Products," Chemosphere, 89, 1238-1242 (2012). 

  9. Parsons, S., "Advanced Oxidation Processes for Water and Wastewater Treatment," IWA Publishing, London (2004). 

  10. Ali, S. A., Bolton, J. R., and Cater, S. R., "Ferrioxalate-Mediated Photodegradation of Organic Pollutants in Contaminated Water," Water Res., 31, 787-798 (1997). 

  11. Baxendale, J. H., and Wilson, J. A., "The Photolysis of Hydrogen Peroxide at High Light Intensities," Trans. Faraday Soc., 344-356 (1957). 

  12. Yue P., "Modelling of Kinetics and Reactor for Water Purification by Photo-Oxidation," Chem. Eng. Sci., 48(1), 1-11 (1993). 

  13. Hoffmann, M. R., Martin, S. T., Choi, W. and Bahnemann, D. W., "Environmental Applications of Semiconductor Photocatalysis," Chem. Rev., 95, 69 (1995). 

  14. Benitez, F. J., Beltran-Heredia, J., Acero, J. L., and Gonzalez, T., "Degradation of Protocatechuic Acid by two Advanced Oxidation Processes: Ozone/UV Radiation and $H_2O_2$ /UV Radiation," Water Res., 30(7), 1597-1604 (1996). 

  15. Lim, Y.-Y., Lee, M.-H., Jeon, S.-B., Yang, K.-S., Jeong, H.-E., and Oh, K.-J., "Removal of Volatile Organic Compounds (VOCs) of Deodorant by Adding a Metal Oxide to the Essential Oils," Clean Technol., 22(2), 96-105 (2016). 

  16. McCrory, D. F., and Hobbs, P. J., "Additives to Reduse Ammonia and Odor Emissions from Livestock Wastes: A Review," J. Environ. Qual., 30, 345-355 (2001). 

  17. Park, Y.-G., "Purification Study of Odorous Chemicals using Plant Solvent Extract," Appl. Chem. Eng., 12(2), 381-384 (2008). 

  18. Lee, H.-Y., "The Distribution Characteristics of Monoterpene in the Atmosphere of Forests at Jeju Island," Ph. M. Dissertation, Cheju National University, Jeju (2007). 

  19. Wong, J., "Odor Control with Natural Neutralizers," Enviro-Air Technology Pty. Ltd., 1-14 (1975). 

  20. Faith, W. L., and Atpinsson, A. A. Jr., "Air Pollution," Wiley Interscience, 206-215 (1972). 

  21. Hakola, H., Laurila, T., Rinne, J., and Puhto, K., "The Ambient Concentrations of Biogenic Hydrocarbons at a Northern European, Boreal Site," Atmos. Environ., 34, 4971-4982 (2000). 

  22. Kim, S. H., Lee, S.-W., Kim, Jeong J., and Kim, S.-O., "Analytical Method of Hydroxy; Radical Produced by $TiO_2$ Photo-Catalytic Oxidation," J. Miner. Soc. Korea, 28(3), 245-253 (2015). 

  23. Nam, S. G., Hwang, A. N., Cho, S. H., Lim, M. H., and Khim, J. H., "Evaluation of Hydroxyl Radical Formation and Energy Distribution in Photolysis Reactor," J. Korean Soc. Hazard. Mitigat., 11(2), 179-183 (2011). 

  24. Seo, S. G., Yoon, H. S., Ma, Z. K., and Liu, Y., "Odors Removal by using Manganese Oxide Catalysts," J. KOSAE., 26 (4), 443-448 (2010). 

  25. Chin, P., Yang, L. P., and Ollis, D. F., "Formaldehyde Removal from Air via a Rotating Adsorbent Combined with a Photocatalyst Reactor: Kinetic Modeling," J. Catal., 237(1), 29-37 (2006). 

  26. Lee, M.-H., "Study on VOCs Removal and Reaction Characteristics with Deodorant Contained Terpene Adding Metal Oxide," Ph.D. Dissertation, Pusan National University, Pusan (2015). 

  27. Lim, Y.-Y., "Study on the Characteristics and Mechanisms of Degradation of Acetaldehyde with Hydrogen Peroxide Oxidizer and Essential Oils," Ph.M. Dissertation Pusan National University,Pusan (2016). 

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