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문제 정의
- 이러한 대기오염 물질들의 일부를 취급할 수 있는 방법들이 존재하지만 비용, 에너지 수급 및 부산물 등에 의해 많은 제약을 받고 있다. 따라서 대기환경오염의 주원인으로 알려진 일산화질소(NO), 이산화질소(NO2), 이산화황(SO2) 등을 산화티탄(TiO2) +산화구리(CuO)촉매 반응기(catalysis reactor)와 연면방전 반응기(SPCP reactor)를 방전시켜 발생하는 Plasma를 이용하여 NOx, SOx 유해가스를 분해 제거 하고자 하였다.
- 본 연구에서는 광분해 반응의 촉매로 널리 이용되고 있는 TiO2와 CaO, TiO2, CuO 촉매를 이용하여 NO 제거 분해율에 영향을 평가하였다. 실험결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
제안 방법
- 접지전극(ground electrode)은 석영관의 표면에 알루미늄 호일을 싸서 고전압발생기의 접지에 연결하였다. Plasma를 발생시키기 위하여 방전전극을 고압 측에 연결하고 알루미늄 호일을 접지 측에 연결하였다. 또한 Plasma를 발생 시 생성되는 열을 충분히 방열시키기 위하여 냉각 팬으로 냉각시켰다.
- 가스의 농도는 순도 99.95%의 N2가스와 표준시료가스를 혼합하여 초기 농도 100, 200, 300ppm으로 하여 정상상태가 되도록 3∼5분간 유지시킨 후 분해하였다.
- 반응기는 코일형 SPCP reactor를 이용하였고 발열 reactor에 의한 reactor의 온도를 일정하게 유지하기 위하여 냉각 팬을 설치하였다. 방전에 필요한 전력은 High Voltage Power Supply(SIS electronics co, SHP6501)를 사용하여 5, 10, 20 및 50kHz의 주파수와 0 ~ 12KV의 전압범위에서 실험하였다. 분해가스는 NOx, SOx분석기(Ecom-AC, Germany)를 사용하여 NO, NO₂, CO₂ 및 SO₂를 사용하여 분석하였다.
- 본 실험에 사용된 표준시료 가스는 1,500ppm NO (N2 base 99.95%) 시료가스의 유량은 N2, O2, 공기를 실험조건에 따라 유량계에 부착된 조절밸브로 조절하면서 혼합 탱크에서 혼합하였으며 혼합 한 가스는 유량계를 사용하여 100, 200, 300 및 1,000㎖/min로 유량을 변화시키면서 reactor에 주입하였고, 이 때 가스 분석기로 NOx, 의 농도를 측정 하였다. 가스의 농도는 순도 99.
- 본 실험은 2가지 형태로 구분하여 분해실험을 하였다. 즉, 산화티탄( Titanium oxide, TiO2)의 촉매 반응기(catalysis reactor)를 첨가하지 않은 상태에서의 유해가스 분해실험을 먼저 하였으며, 그 가스분해제거 분석결과를 가지고 산화티탄 촉매 반응기(catalysis reactor)를 첨가하여 분해실험을 하였을 때의 유해가스 분해제거율을 비교분석 하였다.
- 방전에 필요한 전력은 High Voltage Power Supply(SIS electronics co, SHP6501)를 사용하여 5, 10, 20 및 50kHz의 주파수와 0 ~ 12KV의 전압범위에서 실험하였다. 분해가스는 NOx, SOx분석기(Ecom-AC, Germany)를 사용하여 NO, NO₂, CO₂ 및 SO₂를 사용하여 분석하였다. 시료가스의 분해 시 전압과 주파수는 고전압을 직접 측정할 수 없기 때문에 (chemiluminescence)을 이용하여 측정 하였다.
- 분해가스는 NOx, SOx분석기(Ecom-AC, Germany)를 사용하여 NO, NO₂, CO₂ 및 SO₂를 사용하여 분석하였다. 시료가스의 분해 시 전압과 주파수는 고전압을 직접 측정할 수 없기 때문에 (chemiluminescence)을 이용하여 측정 하였다. 화학발광법은 NO가스를 예로 들면, NO와 O₃와의 반응에 의하여 전자로 애기된 NO2가 기저(basis)상태의 NO2로 되면서 발광하는 590∼2,500μm의 발광 강도가 분석기에 들어오는 NO 농도에 비례하는 것에 기초한 것이다.
- 95%의 N2가스와 표준시료가스를 혼합하여 초기 농도 100, 200, 300ppm으로 하여 정상상태가 되도록 3∼5분간 유지시킨 후 분해하였다. 실험은 상온, 대기압 하에서 하였으며 시료가스가 누출되는 것을 방지하기 위하여 테프론으로 SPCP reactor를 밀봉하였으며 초기농도는 정상상태에 도달한 후 분석기로 확인한 후 분해하였다. 입력전력은 Oscilloscope와 기록계로 파형을 관찰하면서 전압과 전류를 상승시켜 반응기내에서 Plasma가 확실하게 발생하는 최저 전력부터 증가시키면서 실험을 하였다.
- 실험은 상온, 대기압 하에서 하였으며 시료가스가 누출되는 것을 방지하기 위하여 테프론으로 SPCP reactor를 밀봉하였으며 초기농도는 정상상태에 도달한 후 분석기로 확인한 후 분해하였다. 입력전력은 Oscilloscope와 기록계로 파형을 관찰하면서 전압과 전류를 상승시켜 반응기내에서 Plasma가 확실하게 발생하는 최저 전력부터 증가시키면서 실험을 하였다. 입력전력을 일정하게 유지시킨 후에 reactor를 통과한 시료가스 속에 있는 NO 농도가 거의 변화되지 않을 때의 측정값을 기록하였다.
- 입력전력은 Oscilloscope와 기록계로 파형을 관찰하면서 전압과 전류를 상승시켜 반응기내에서 Plasma가 확실하게 발생하는 최저 전력부터 증가시키면서 실험을 하였다. 입력전력을 일정하게 유지시킨 후에 reactor를 통과한 시료가스 속에 있는 NO 농도가 거의 변화되지 않을 때의 측정값을 기록하였다.
- 본 실험은 2가지 형태로 구분하여 분해실험을 하였다. 즉, 산화티탄( Titanium oxide, TiO2)의 촉매 반응기(catalysis reactor)를 첨가하지 않은 상태에서의 유해가스 분해실험을 먼저 하였으며, 그 가스분해제거 분석결과를 가지고 산화티탄 촉매 반응기(catalysis reactor)를 첨가하여 분해실험을 하였을 때의 유해가스 분해제거율을 비교분석 하였다.
대상 데이터
- 에서 나타내었다. SPCP reactor는 절연 지지체로서 열적으로 안정하고 연면방전이 잘되는 석영관과 Teflon stopper를 사용하였고 방전전극의 전극재료는 열적으로 안정하고 내구성이 높은 직경 1, 2, 및 3mm의 고순도 텅스텐 전극(순도 99.9%)을 기준전극으로 하였으나, 구리와 알루미늄도 전극재료로 사용하였다. 원통형 석영관 reactor는 내경이 13mm이고 굵기가 1mm이며 길이는 110mm이었다.
- 또한 Plasma를 발생 시 생성되는 열을 충분히 방열시키기 위하여 냉각 팬으로 냉각시켰다. 그리고 산화티탄(TiO2) catalysis reactor는 SPCP reactor와 같은 부피의 reactor에 산화티탄(TiO2) catalysis를 촉진시켜 사용하였다.
- 원통형 석영관 reactor는 내경이 13mm이고 굵기가 1mm이며 길이는 110mm이었다. 방전전극은 reactor 내부에 텅스텐 선, 구리 선 및 알루미늄 선으로 7, 9, 및 11회 나선형으로 감아서 전극으로 사용하였다. 접지전극(ground electrode)은 석영관의 표면에 알루미늄 호일을 싸서 고전압발생기의 접지에 연결하였다.
- 9%)을 기준전극으로 하였으나, 구리와 알루미늄도 전극재료로 사용하였다. 원통형 석영관 reactor는 내경이 13mm이고 굵기가 1mm이며 길이는 110mm이었다. 방전전극은 reactor 내부에 텅스텐 선, 구리 선 및 알루미늄 선으로 7, 9, 및 11회 나선형으로 감아서 전극으로 사용하였다.
- 시료가스(NOx, SO2)와 기준가 스는 유량계를 통하여 mixing tank로 도입되어 혼합된 다음 reactor로 주입된다. 이 때 모든 가스의 수송은 내부식성이 좋은 직경 10mm의 테프론 관을 이용하였다. 반응기는 코일형 SPCP reactor를 이용하였고 발열 reactor에 의한 reactor의 온도를 일정하게 유지하기 위하여 냉각 팬을 설치하였다.
성능/효과
- 1. CaO, TiO2, CuO catalysis reactor에 의한 유해가스의 분해제거율은 CaO촉매가 NO 농도 200ppm, 주파수 10kHz NO 96.5%의 분해율로 가장 높았다.
- 2. CaO, TiO2, CuO catalysis reactor 유해가스의 분해실험에서 10kHz의 주파수와 19.8, 20.0, 19.0 및 29.6W의 소비전력에서 최대 분해제거율은 각각 95.4, 85.7, 99.0 및 93.7% 이었으며 20kHz이상의 고전압에서 주파수가 커질수록 기준가스의 전도성이 증가하여 연면을 따라 전류가 부분적으로 흐르기 때문에 분해제거율이 감소하였다.
- 실험은 NO 100ppm과 N2를 300l/min의 유량을 흘렸을 때, 각 촉매에 의한 NO의 분해율을 나타낸 그림이다. 실험결과는 무촉매, CaO, TiO2, Cuo 를 첨가하였을 때 NO의 분해제거율은 각각 85%, 96%, 93%, 92%로 CaO촉매가 플라즈마 반응시 95%의 분해율로 가장 높은 분해율을 보인다는 것을 알 수 있었다.
- 실험결과는 무촉매, CaO, TiO2, Cuo 를첨가하였을 때 NO의 분해제거율은 각각 85%, 95%, 91%, 90%로 CaO촉매가 플라즈마 반응시 95%의 분해율로 가장 높은 분해율을 보인다는 것을 알 수 있었다.
- 실험결과는 무촉매, CaO, TiO2, Cuo 를첨가하였을 때 NO의 분해제거율은 각각 88%, 96%, 93%, 92%로 CaO촉매가 플라즈마 반응시 96%의 분해율로 가장 높은 분해율을 보인다는 것을 알 수 있었다.
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