[논문]질소산화물(NOx)을 흡착 <tex> $\\cdot$</tex> 제거하는 건축재료의 개발에 관한 실험 연구

박준영; 김현우; 정봉원; 최영준; 김화중

문제 정의

광촉매 반응을 이용하여 질소가스 제거를 제거하는 건축재료를 개발할 목적으로 이산화티탄(TiCh) 광촉매를 시멘트 중량의 일부로 치환한 실험올 행한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다. 1) 모르터 시험체의 압축강도는 전반적으로 감소하는 경향을 보였고, 휨강도는 큰 변화를 보이지 않았다.
현재 일부 선진국에서는 도로 포장재, 도로 측 벽, 차음 벽 등에 광촉매를 포함하는 재료를 사용함으로써 대기 정화 및 오염방지에 상당한 효과를 거두고 있으며, 이에 관한 연구도 활발히 진행되고 있다. 따라서, 본 연구는 NOx에 의한 대기오염을 정화할 수 있는 건축재료를 개발하기 위한 기초단계로서 광촉매 종류 및 광원 조건이 다른 모르터 패널을 대상으로, 광촉매에 의한 질소 가스의 제거 가능성을 평가해보고자 한다.

제안 방법

실험 장치는 밀폐형 스테인레스 용기(상자형) 내부에 광촉매 반응을 유도하기 위해 UV램프 를 설치하였고, 가스의 유입량을 조절하기 위해 유압계와 밸브 장치를 구성하였다. 광원의 차이에 따른 광촉매 반응의 차이르 실험하기 위해 동일한 밀폐식 질소산화물 시험 장치 내의 UV 램프 대신 형광등 램프를 장착하여 실험하엿으며, 태양광에 의한 시험은 그림 2과 같은 장치를 사용하여 시험하였다.
실험계획에 있어서 주요 변수는 광촉매(TiG)의 종류 및 치환율, 광원의 종류로 설정하였다. 시험체 모르터의 배합비는 물시멘트비(W/C%) 45%, 시멘트:모래=1:3으로 설정하였으며, 시멘트 중량에 대하여 광촉매를 0~12% 로 치환하였다. 그리고, 모르터의 유동성을 160±20cm 로 맞추기 위하여 고 성능 감수제를 분체중량에 대하여 0.
실험계획에 있어서 주요 변수는 광촉매(TiG)의 종류 및 치환율, 광원의 종류로 설정하였다. 시험체 모르터의 배합비는 물시멘트비(W/C%) 45%, 시멘트:모래=1:3으로 설정하였으며, 시멘트 중량에 대하여 광촉매를 0~12% 로 치환하였다.
본 연구를 위해 그림 1과 같은 밀폐식 질소산화물 처리 장치를 고안. 제작하여 NOx의 농도감소량을 측정하였다. 실험 장치는 밀폐형 스테인레스 용기(상자형) 내부에 광촉매 반응을 유도하기 위해 UV램프 를 설치하였고, 가스의 유입량을 조절하기 위해 유압계와 밸브 장치를 구성하였다.
휨강도 시험은 중앙점 재하방법으로 행하였으며, 압축강도시 험은 휨강도시 험후 파편을 이용하여 4x4cm의 면적에 하중을 재하시켜 시험을 행하였다.

대상 데이터

6 FM28)를 사용하였다. 광화학 반응을 유도하기 위해 사용한 광촉매로는 이산화티탄(TiCh) 을 사용하였으며, 국내 D사 아나 타 제형 이산화티탄과 미국 D사의 루틸형 이산화티탄을 사용하였다. 사용된 광촉매의 물성은 표 1, 2와 같다.
시험체 제작은 휨강도 공시 체는 4x4x16cm로 제작하고 압축강도는 휨강도 시험 후 파편을 이용하였다. 질소가스의 제거성능 시험을 위한 시험체는 40x40xlcm로 제작하였고, 수중에서 7일간 양 생후 시험을 행하였다.
제작하여 NOx의 농도감소량을 측정하였다. 실험 장치는 밀폐형 스테인레스 용기(상자형) 내부에 광촉매 반응을 유도하기 위해 UV램프 를 설치하였고, 가스의 유입량을 조절하기 위해 유압계와 밸브 장치를 구성하였다. 광원의 차이에 따른 광촉매 반응의 차이르 실험하기 위해 동일한 밀폐식 질소산화물 시험 장치 내의 UV 램프 대신 형광등 램프를 장착하여 실험하엿으며, 태양광에 의한 시험은 그림 2과 같은 장치를 사용하여 시험하였다.
실험에 사용된 시멘트는 S사 보통 포틀랜드 시멘트를 사용하였으며, 잔골재는 경북 해 평산 강모래 (비중; 2.6 FM28)를 사용하였다. 광화학 반응을 유도하기 위해 사용한 광촉매로는 이산화티탄(TiCh) 을 사용하였으며, 국내 D사 아나 타 제형 이산화티탄과 미국 D사의 루틸형 이산화티탄을 사용하였다.
시험체 제작은 휨강도 공시 체는 4x4x16cm로 제작하고 압축강도는 휨강도 시험 후 파편을 이용하였다. 질소가스의 제거성능 시험을 위한 시험체는 40x40xlcm로 제작하였고, 수중에서 7일간 양 생후 시험을 행하였다.

성능/효과

광촉매 반응을 이용하여 질소가스 제거를 제거하는 건축재료를 개발할 목적으로 이산화티탄(TiCh) 광촉매를 시멘트 중량의 일부로 치환한 실험올 행한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다. 1) 모르터 시험체의 압축강도는 전반적으로 감소하는 경향을 보였고, 휨강도는 큰 변화를 보이지 않았다. 그리고, 루틸형 이산화티탄이 아나 타 제형보다 강도 발현 성이 약간 우수한 것으로 나타났다.
2) 모르터 패널의 질소가스 제거 성능은 UV램프를 조사(照射)한 경우, 아나타 제형, 루틸형 모두 1시간 만에 약 38%~55%정도의 제거 성능을 보였으며, 4~5시간만에 질소가스의 농도를 O.lppm이하로 감소시키는 우수한 결과를 보였다. 광원의 차이에 따라서는 태양광을 조사(照射)한 경우, 1시간 만에 질소가스를 78%~90% 정도로 감소시키는 결과를 나타내어 가장 우수한 것으로 나타났다.
lppm이하로 감소시키는 우수한 결과를 보였다. 광원의 차이에 따라서는 태양광을 조사(照射)한 경우, 1시간 만에 질소가스를 78%~90% 정도로 감소시키는 결과를 나타내어 가장 우수한 것으로 나타났다.
광원의 차이에 따른 질소가스의 제거성능을 살펴보면 태양광을 조사(照射)한 모르터 패널이 가장 우수한 제거성능을 보이고 있으며, 질소가스 투입 1시간 만에 78%~90%의 제거성능을 보이고 있다. 형광등을 조사(照射)한 모르터 패널의 경우에는 다른 광원과는 달리 질소가스 농도의 감소 폭이 완만한 경향이며 질소가스 투입 5시간 뒤의 질소가스 제거성능은 58%~75%정도로 형광등도 질소가스의 제거 성능이 있는 것으로 나타났다.
3ppm 이하로 줄어드는 결과를 보여 광촉매에 의해 질소가스가 제거되었음을 보여주고 있다. 광촉매 종류의 차이에 따른 성능은 아타나제형이 루틸형보다 약간 우수한 것으로 나타났으며, 아나 타제 형의 경우에는 시멘트 중량의 1% 정도만 사용해도 5시간 뒤에는 질소가스를 완전흐] .제거하는 결과를 보였다.
1) 모르터 시험체의 압축강도는 전반적으로 감소하는 경향을 보였고, 휨강도는 큰 변화를 보이지 않았다. 그리고, 루틸형 이산화티탄이 아나 타 제형보다 강도 발현 성이 약간 우수한 것으로 나타났다.
)광촉매를 사용한 모르터 시험체의 압축강도 및 휨강도의 결과 그래프는 그림 3과 같다. 압축강도의 경우 전반적으로 감소하는 경향을 보이고 있으며, 아나 타제 형의 감소 폭이 9~30%로 루틸형에 비해 큰 것으로 나타났다. 휨강도는 압축강도의 결과와는 달리 변화가 거의 없는 것으로 나타났으며, 루틸형이 아나 타제 형보다 약간 우수한 경향이었다.
광원의 차이에 따른 질소가스의 제거성능을 살펴보면 태양광을 조사(照射)한 모르터 패널이 가장 우수한 제거성능을 보이고 있으며, 질소가스 투입 1시간 만에 78%~90%의 제거성능을 보이고 있다. 형광등을 조사(照射)한 모르터 패널의 경우에는 다른 광원과는 달리 질소가스 농도의 감소 폭이 완만한 경향이며 질소가스 투입 5시간 뒤의 질소가스 제거성능은 58%~75%정도로 형광등도 질소가스의 제거 성능이 있는 것으로 나타났다.
압축강도의 경우 전반적으로 감소하는 경향을 보이고 있으며, 아나 타제 형의 감소 폭이 9~30%로 루틸형에 비해 큰 것으로 나타났다. 휨강도는 압축강도의 결과와는 달리 변화가 거의 없는 것으로 나타났으며, 루틸형이 아나 타제 형보다 약간 우수한 경향이었다.

후속연구

3) 이상과 같이 이산화티 탄 광촉매와 시멘트 재료를 이용한 건축재료가 질소가스 등의 유해가스를 정화할 수 있다는 것을 확인하였고, 광촉매 반응은 콘크리트 표면에서 일어나기 때문에 광촉매 반응을 극대화할 수 있는 방안 및 이를 다양한 건축재료에 적용하기 위한 연구를 지속적으로 수행할 예정이다.
이러한 원리를 건축재료에 도입한다면 자동차에서 배출되는 유해가스를 바로 흡수.제거함으로써 도시의 대기오염방지에 상당히 효 과적일 것이라고 판단된다. 현재 일부 선진국에서는 도로 포장재, 도로 측 벽, 차음 벽 등에 광촉매를 포함하는 재료를 사용함으로써 대기 정화 및 오염방지에 상당한 효과를 거두고 있으며, 이에 관한 연구도 활발히 진행되고 있다.

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An Experimental Study on Development of Building Materials with Abosorbable and Eliminatory NOx. 원문보기

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