[논문]광촉매 코팅한 모르타르를 이용한 대기 중 NOX의 광화학적 변환

진현; 윤경구; 최하진; 김교선

doi:10.9713/kcer.2023.61.2.240

광촉매 코팅한 모르타르를 이용한 대기 중 NOX의 광화학적 변환
Photochemical Conversion of NOX in Atmosphere by Photocatalyst Coated Mortar 원문보기

Korean chemical engineering research = 화학공학, v.61 no.2, 2023년, pp.240 - 246

진현 (강원대학교 화학공학과) , 윤경구 (강원대학교 토목공학과) , 최하진 (숭실대학교 건축학부) , 김교선 (강원대학교 화학공학과)

초록
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친환경적인 태양에너지를 사용하여 대기오염물질인 NO_x를 광화학적 반응으로 변환시키는 연구를 수행하였으며 광촉매를 모르타르 표면에 코팅한 시편을 제조하여 NO_x의 광화학적 전환율을 분석하였다. TiO₂ 광촉매를 거푸집의 하부에 먼저 넣고 시멘트 모르타르를 넣은 후 시멘트 모르타르를 양생시켜 광촉매 코팅된 콘크리트를 제조하였다. 거푸집 바닥에 미리 grease를 도포함으로써 양생 후에 콘크리트가 쉽게 탈형될 수 있도록 하였다. TiO₂ 코팅 양, UV-A 광 세기, 전체 기체 유량, 상대 습도, 그리고 초기 NO_x 농도와 같은 공정 변수를 체계적으로 변화시켜서 광촉매 반응에 의한 NO_x의 전환율을 조사하였다. 제조된 광촉매 코팅된 콘크리트가 다양한 공기 중의 공정 변수 조건에서 NO_x를 성공적으로 전환시키는 것을 확인하였다. 본 연구 결과는 향후 NO_x, SO_x, VOCs 등의 대기오염물질을 효과적으로 제어하기 위한 건물, 터널, 또는 도로와 같은 인프라 시설의 설계를 위한 기초 자료로 활용될 수 있을 것으로 본다.

Abstract ▼ AI-Helper

This study was performed to convert NOx in atmosphere by photochemical reaction utilizing the eco-friendly solar energy. The mortar specimen coated with photocatalyst was fabricated and the photochemical conversion efficiency of NOx was analyzed. The photocatalyst coated concrete was fabricated by first adding TiO2 photocatalyst on the bottom of mold first and next adding cement mortar and, then, curing the concrete mortar. The grease was sprayed on the bottom of mold in advance so that the concrete can be demolded easily after curing. The conversion efficiencies of NOx by photochemical reactions were investigated systematically by changing the process variable conditions of amount of TiO2 coating, UV-A light intensity, total gas flow rate, relative humidity and initial NOx concentration. It was confirmed that the photocatalyst coated concrete fabricated in this study could convert NOx successfully for various process conditions in atmosphere. In future, we believe this research result can be utilized as basic data to design the infrastructure of building, tunnel and road for controlling efficiently the air pollutants such as NOx, SOx, and VOCs.

주제어

표/그림 (11)

그림 Fig. 1. Steps to fabricate photocatalyst coated mortar.
그림 Fig. 2. Experimental schematic to measure NO conversion in flow-through photoreactor with photocatalyst coated mortar.
표 Table 1. Chemical and physical composition of OPC (Ordinary Portland Cement)
그림 Fig. 3. XRD patterns of P25 nanoparticles used in experiments.
그림 Fig. 4. NO_x concentration as a function of irradiation time for various heating times of photocatalyst coated mortar with TiO₂ = 1.2 g, C_i = 5 ppm, RH = 35%, gas flow rate = 2 L/min, and UV intensity = 20 W/m².
그림 Fig. 5. NO_x concentration as a function of irradiation time for various TiO₂ loading amounts of 0, 1.2, 3, and 6 g on photocatalyst coated mortar specimen with C_i = 5 ppm, RH= 35%, gas flow rate = 2 L/min, UV intensity = 20 W/m², and heating time = 9 h.
표 Table 2. Conditions of process variables to analyze their effects on NO_x degradation
그림 Fig. 6. NO_x concentration as a function of irradiation time for various RH's of 10, 35, and 50% with TiO₂= 6 g, C_i = 5 ppm, gas flow rate = 2 L/min, UV intensity = 20W/m², and heating time = 9 h.
그림 Fig. 7. NO_x concentration as a function of irradiation time for various gas flow rates of 1, 1.5, and 2 L/min with TiO₂= 6 g, Ci = 5 ppm, RH = 35%, UV intensity = 20 W/m², and heating time = 9 h.
그림 Fig. 8. NO_x concentration as a function of irradiation time for various UV intensities of 10, 20, and 30 W/m² with TiO₂ = 6 g, C_i = 5 ppm, RH = 35%, gas flow rate = 2 L/min, and heating time = 9 h.
그림 Fig. 9. (a) Dimensionless NO_x concentrations as a function of irradiation time and (b) C_i-C_o,steady for various initial NOx concentrations with TiO₂ = 6 g, RH = 35%, gas flow rate = 2 L/min, UV intensity = 20 W/m², and heating time = 9 h.

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