[논문]자외선과 이산화티타늄계 광촉매를 이용한 벤젠의 분해

전의찬; 송민종; 사재환; 노기완; 박찬웅

자외선과 이산화티타늄계 광촉매를 이용한 벤젠의 분해
Distruction of Benzene by Using UV/ $TiO_2$ Photocatalyst 원문보기

전의찬 (동신대학교 환경공학과) , 송민종 (동신대학교 환경공학) , 사재환 (동신대학교 환경공학) , 노기완 (광주보건대학 환경위생) , 박찬웅 ((주)삼양환경)

휘발성유기화합물질(Volatile Organic Compound ； VOCs)은 오존등 광화학옥시단트로 인한 대도시의 대기질 악화와 함께 도시환경에서 중요한 발암성 물질이거나 만성 또는 급성의 건강장해를 일으킴으로써 공중보건상에 나쁜 영향을 주는 것으로 조사되고 있다. 특히 실내 공기중의 VOCs는 건축자재, 가구, 접착제, 카페트, 흡연 및 취사행위 및 난방을 포함한 연료의 연소 등 다양한 오염원으로부터 방출되는 건으로 알려져 있다. (중략)

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문제 정의

본 연구는 다양한 발생원에서 방출되어 실내 공기 중에 존재는 유해오염물질인 VOCs 중 대표적인 방향족화합물로써 발암성 물질인 벤젠을 제거하기 위하여 이산화티타늄계 광촉매 반응기를 실험실 규모 로 제작하여 벤젠의 광촉매 산화특성을 파악하였다. 연구결과 광촉매 산화에 의한 벤젠의 처리효율은 실험 시작 후 42시간 까지는 80% 이상의 처리효율올 유지하였으며 42시간 이후에도 처리효율은 78% 이하로 감소하지 않고 계속 유지되었다.
본 연구에서는 실내 공기중의 미량 유해오염물질인 VOCs 중 대표적인 방향족화합물로써 발암성 물 질인 벤젠을 제거하기 위하여 이산화티타늄계 광촉매 반응기를 실험실 규모로 제작하여 여러가지 조건 에서의 벤젠의 광촉매 산화특성을 파악하고자 하였다.

제안 방법

처리유량은 5L/min으로 유지(반응기내의 체류시간 46초)하였으며 상자내의 벤젠의 농도는 매 6시간마다 lOOppm이 되도록 하였으며, 실험개시 후 최초 2 번은 30분 간격으로 시료를 채취하고 1시간이 경과한 후에는 1시간마다 시료를 채취하여 수명실험을 행 하였다. 그리고 광촉매의 반옹전 후 그리고 재생후의 결정구조와 표면 특성의 변화를 X-선 회절분석기 와 전자주사현미경을 이용하여 분석하였다.
그리고 상자의 상단에는 상자내의 공기를 채취하기 위한 시료채취구를 설치하였다. 반옹기로 유입되는 유량을 조절하기 위하여 광촉매 반응기의 후단과 진공펌프 사이에 유량조절 밸브가 달린 유량계를 설치하였으며 진공펌프에 의하여 상자내의 벤젠을 함유한 공기가 연속 순환하여 처리되도록 하였다.
벤젠의 분석은 가스크로마토그래피(SHIMADZU GCT7A)를 사용하여 Table 1과 같은 조건으로 분석 히 였으며, 분석과정은 SHIMADZU사의 GC WORKSTATION CLASS-GC₁₀에 의해 자동적으로 조정되 노록 하였다. 결정구조는 Table 2와 같은 조건에서 분석하였으며.
상자의. 전단에는 벤젠의 농도를 일정하 게 유지하기 위한 벤젠의 주입구를 설치하였으며, 좌측에는 광촉매반응기로 처리대상 가스가 유입되는 관로와 광촉매 반응기에서 처리된 가스가 들어오는 관로를 각각 설치하였다. 그리고 상자의 상단에는 상자내의 공기를 채취하기 위한 시료채취구를 설치하였다.
2에 나타낸 바와 같이 구상의 아나타제형 이산화티타늄계 광촉매를 충진시켰으 며, 강원으로는 자외선등(UV Lamp)을 사용하였다. 처리유량은 5L/min으로 유지(반응기내의 체류시간 46초)하였으며 상자내의 벤젠의 농도는 매 6시간마다 lOOppm이 되도록 하였으며, 실험개시 후 최초 2 번은 30분 간격으로 시료를 채취하고 1시간이 경과한 후에는 1시간마다 시료를 채취하여 수명실험을 행 하였다. 그리고 광촉매의 반옹전 후 그리고 재생후의 결정구조와 표면 특성의 변화를 X-선 회절분석기 와 전자주사현미경을 이용하여 분석하였다.

대상 데이터

광촉매 산화에 의한 실내 공기 중에 존재하는 벤젠의 분해효율을 분석하기 위하여 벤젠과 반응성이 없는 것으로 알려진 테프론 필름이 코팅된 아크릴을 이용하여 Fig. 1과 같은 가로 450mm, 세로 450mm 그리고 높이가 750mm인 밀페된 가상의 실내공간을 설치하였다. 상자의.
결정구조는 Table 2와 같은 조건에서 분석하였으며.표면특성의 관찰을 위해서는 JEOL사 의 JSM-5400 주사전자현미경을 사용하였다.

성능/효과

4는 이를 고려하여 벤젠의 처리효율을 계산한 결과를 나타낸 것이다. Fig. 3~4에서 보는 바와 같이 실험 시작 후 42시 간까지는 80% 이상의 처리효율을 유지하였으며 42시간 이후에도 처리효율은.78% 이하로 감소하지 않고 계속 유지되었다.
본 연구는 다양한 발생원에서 방출되어 실내 공기 중에 존재는 유해오염물질인 VOCs 중 대표적인 방향족화합물로써 발암성 물질인 벤젠을 제거하기 위하여 이산화티타늄계 광촉매 반응기를 실험실 규모 로 제작하여 벤젠의 광촉매 산화특성을 파악하였다. 연구결과 광촉매 산화에 의한 벤젠의 처리효율은 실험 시작 후 42시간 까지는 80% 이상의 처리효율올 유지하였으며 42시간 이후에도 처리효율은 78% 이하로 감소하지 않고 계속 유지되었다. 이는 벤젠의 농도를 lOQppm으로 유지하였올 경우의 처리효율로 실제 실내 공기 중에 존재하는 벤젠의 농도가 lOppm 이내임올 감안 할 때 보다 높은 처리효율올 기대 할 수 있다.

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