인간의 생명 유지에 가장 필수적인 것은 공기이지만, 산업의 발달 인구의 증가 등으로 도시의 공기는 매연과 유해가스 등으로 오염되고 있다. 이런 이유 등으로 최근 환경문제 중 대기오염에 대한 문제가 크게 다루어지고 있다. 공기청정기와 함께 쾌적한 실내공기를 제공할 수 있는 또 하나의 기기는 산소발생기이다. 산소발생기의 주 원리는 합성 제올라이트를 이용하여 공기로부터 산소를 분리하는 데에 있다. 다양한 합성 제올라이트들은 그들이 갖고 있는 특성을 이용하여 실생활에 유용하게 적용되어지고 있다. 이런 제올라이트의 특성 중 질소를 흡착하는 성질을 이용하여 대기 중의 질소를 흡착 시킨 뒤 산소만을 발생시켜 산소발생기에 적용시킬 수 있다. 그리하여 우리는 5가지 종류의 천연제올라이트와 LTA 제올라이트, 3A, 4A, 5A(크기가 다른 두 가지)를 사용하여 각각의 질소흡착정도를 알아보고자 하였다. PSA 방식을 사용하여 질소흡착정도가 높을수록 산소포화농도가 높게 나오는 원리를 통해 5A(양이온이 칼슘으로 보충된 LTA제올라이트) 제올라이트의 질소흡착정도가 평균 6% 증가하여 가장 크다는 것을 알 수 있었고 또한 제올라이트의 크기에도 많은 영향을 받는다는 것을 알 수 있었다.
인간의 생명 유지에 가장 필수적인 것은 공기이지만, 산업의 발달 인구의 증가 등으로 도시의 공기는 매연과 유해가스 등으로 오염되고 있다. 이런 이유 등으로 최근 환경문제 중 대기오염에 대한 문제가 크게 다루어지고 있다. 공기청정기와 함께 쾌적한 실내공기를 제공할 수 있는 또 하나의 기기는 산소발생기이다. 산소발생기의 주 원리는 합성 제올라이트를 이용하여 공기로부터 산소를 분리하는 데에 있다. 다양한 합성 제올라이트들은 그들이 갖고 있는 특성을 이용하여 실생활에 유용하게 적용되어지고 있다. 이런 제올라이트의 특성 중 질소를 흡착하는 성질을 이용하여 대기 중의 질소를 흡착 시킨 뒤 산소만을 발생시켜 산소발생기에 적용시킬 수 있다. 그리하여 우리는 5가지 종류의 천연제올라이트와 LTA 제올라이트, 3A, 4A, 5A(크기가 다른 두 가지)를 사용하여 각각의 질소흡착정도를 알아보고자 하였다. PSA 방식을 사용하여 질소흡착정도가 높을수록 산소포화농도가 높게 나오는 원리를 통해 5A(양이온이 칼슘으로 보충된 LTA제올라이트) 제올라이트의 질소흡착정도가 평균 6% 증가하여 가장 크다는 것을 알 수 있었고 또한 제올라이트의 크기에도 많은 영향을 받는다는 것을 알 수 있었다.
Air is essential for human beings to survive, but urban air is polluted with soot and harmful gases, due to the increase in industrial development and the population. Thus, air pollution in large cities is of increasing interest in the research community. One of the plausible solutions to this probl...
Air is essential for human beings to survive, but urban air is polluted with soot and harmful gases, due to the increase in industrial development and the population. Thus, air pollution in large cities is of increasing interest in the research community. One of the plausible solutions to this problem is supplying sufficient oxygen to indoor spaces. The main principle of the oxygen generator is to separate oxygen from air using synthetic zeolite. Various synthetic zeolites have been applied to public indoor spaces with the focus being placed on the oxygen exchange quality. Among the characteristics of zeolites which can be applied to oxygen generators is their ability to adsorb nitrogen from the air and, in this way, generate only oxygen. Thus, we investigated the degree of nitrogen adsorption by five kinds of natural zeolite and LTA zeolite 3A, 4A, and 5A (two different sizes). Using the PSA method, the higher the degree of nitrogen adsorption, the higher the oxygen saturation concentration, it was found that the nitrogen adsorption degree of the 5A zeolite was the highest. 6% on average. It was also found that the size of the zeolite had a significant effect on the degree of nitrogen adsorption.
Air is essential for human beings to survive, but urban air is polluted with soot and harmful gases, due to the increase in industrial development and the population. Thus, air pollution in large cities is of increasing interest in the research community. One of the plausible solutions to this problem is supplying sufficient oxygen to indoor spaces. The main principle of the oxygen generator is to separate oxygen from air using synthetic zeolite. Various synthetic zeolites have been applied to public indoor spaces with the focus being placed on the oxygen exchange quality. Among the characteristics of zeolites which can be applied to oxygen generators is their ability to adsorb nitrogen from the air and, in this way, generate only oxygen. Thus, we investigated the degree of nitrogen adsorption by five kinds of natural zeolite and LTA zeolite 3A, 4A, and 5A (two different sizes). Using the PSA method, the higher the degree of nitrogen adsorption, the higher the oxygen saturation concentration, it was found that the nitrogen adsorption degree of the 5A zeolite was the highest. 6% on average. It was also found that the size of the zeolite had a significant effect on the degree of nitrogen adsorption.
이렇게 다양한 제올라이트들이 있기에 질소를 흡착하는 성질이 강한 제올라이트의 사용이 산소발생기의 제작에 매우 중요하게 여겨지고 있다. 따라서 우리는 5가지 제올라이트를 사용하여 질소 흡착정도를 측정해보고 비교하여 산소발생기 개발에 더 나은 제올라이트를 알아보고자 하였다.
제안 방법
흡착탑 안에 준비된 제올라이트를 넣어 동작을 시키면 압력이 가해지고 제올라이트의 질소 흡착능력이 클수록 산소포화농도가 더 높게 나오는 점을 이용하여 실험하였다. 온도 22.4도씨, 습도 46%, 평상시의 산소포화 농도 20.5-21.0%의 동일한 조건에서 실험을 진행하였으며, 흡착탑에 제올라이트를 바꿔 충진시킨 후에는 안정화를 위해 처음엔 5분간 모듈을 작동시킨 뒤 산소포화 농도 측정 장치를 통해 첫 번째 산소포화농도를 측정하였고, 그 뒤로는 모듈을 끄고 다시 켠 뒤 1분을 두고 산소포화농도를 측정하는 방식으로 총 5번 측정하였다. 발생기에서 나오는 기체의 양은 5L/min 의 속도로 일정하게 방출되었다.
산소 포화농도를 측정하는 방법으로는 PSA 방식을 사용하는 산소발생기 모듈을 자체적으로 만들어 사용하였다. 흡착탑 안에 준비된 제올라이트를 넣어 동작을 시키면 압력이 가해지고 제올라이트의 질소 흡착능력이 클수록 산소포화농도가 더 높게 나오는 점을 이용하여 실험하였다. 온도 22.
대상 데이터
사용된 제올라이트는 한국 이연사의 천연 제올라이트와 중국 Xi'an Lvneng Purification Technology Co., Ltd.사의 제올라이트 4종이다. 천연제올라이트(이연 고순도 천연제올라이트, 이연, 한국)는 가공이 되어 있지 않아 있으며, 3A 제올라이트(3A Molecular Sieve, Xi'an Lvneng Purification Technology Co.
성능/효과
둘째, 흡착탑 내에 제올라이트에 가해지는 압력과 제올라이트 크기의 상관관계가 중요하다.
첫째, 산소발생기 흡착탑 안에 LTA 계열의 제올라이트를 넣는다고 가정할 때, 이 중에서는 칼슘으로 양이온이 치환 된 5A 제올라이트의 질소 흡착 능력이 제일 뛰어나다. 그 뒤로는 3A 제올라이트와 4A 제올라이트 순서로 4A 제올라이트는 산소흡착 또한 의심할 수 있다.
후속연구
FAU 제올라이트의 경우 비교적 세공의 크기가 크기 때문에 PSA에 의한 기체혼 합물 분리에서 질소의 흡/탈착이 유리하다고 알려져 있다[12]. 같은 조건에서 FAU제올라이트의 질소흡착 능력이 더 높다는 결과가 나온다면 이 또한 그 크기와 압력 간의 상관관계를 알아봐야 할 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
공기청정기의 역할은 무엇인가?
공기청정기와 함께 쾌적한 실내공기를 제공할 수 있는 또 하나의 기기는 산소발생기이다. 공기청정기는 주로 먼지, 유해가스, 각종 세균 등을 제거하여 실내공기의 질을 향상시킨다. 하지만 산소발생기는 청정 산소를 생성하여 쾌적한 실내 환경을 제공한다[5].
PSA 방식은 어떤 기술인가?
VSA방식의 단점은 이와 같이 중요한 역할을 하는 진공펌프의 능력이 상승할 수록 소비전력과 소음, 무게가 증가한다는 것에 있다[6]. PSA 방식은 대기 중 공기를 제올라이트라는 흡착제를 이용하여 질소와 산소로 분리하는 공정기술이다. 제올라이트가 채워진 흡착탑에 공기를 넣고 압력을 높이면 제올라이트가 질소를 흡착하게 되고 흡착되지 않은 산소를 방출하게 된다.
VSA방식의 장점은 무엇인가?
진공흡착방식인 VSA 방식은 진공의 힘을 이용하기 때문에 소형 산소발생기에 적합하다. 또한 압축기에서 발생되는 진동, 소음, 폭발결로의 문제점을 해결할 수 있다는 장점을 갖고 있다. 진공흡착 방식 산소발생기의 구성부는 크게 공기공급부와 산소발생부(베드) 산소토풀부 그리고 전자제어부로 구성된다.
AI-Helper
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.