KR100331210B1 - 유해 물질을 함유하는 오염 기체의 처리방법 및 처리장치 - Google Patents
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Abstract
오존발생기로부터 생성된 오존을, 오염된 기체 공급원으로부터 생성된 유해 물질을 함유한 오염 기체에 가한다. 이어서, 오존-첨가된 오염 기체를 오존 및 유해 물질 둘 다를 흡착하는 고-실리카 흡착제를 함유하는 흡착 층에 통과시킨다. 오염 기체에 함유된 유해 물질은 흡착 층 내에서 오존의 작용에 의해 무해 물질로 전환된다.
Description
본 발명은 다양한 유기 오염물질, 악취 성분 및 세균과 같은 유해 물질을 함유하는 오염 기체를 처리하여 오염 기체를 무해하게 만들기 위한 방법 및 장치에 관한 것으로, 보다 특히는 유해 물질을 함유하는 오염 기체를 오존으로 처리하여 오염 기체를 높은 효율로 무해하게 만들기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
오존을 이용하는 산화 처리는, 예를 들면, 다양한 유기 오염물질, 악취 성분 및/또는 세균을 함유하는 오염 기체를 처리하여 오염 기체를 무해화시키는 방법으로 당해분야에 공지되어 있다. 자가-분해가능하고, 따라서 처리된 기체에 잔류되어 인체에 유해한 영향을 줄 것 같지 않은 오존이 미래에 정화 처리제로서 널리 사용될 것으로 기대된다.
오존을 이용한 처리 공정을 수행하기 위해, 오존 생성 장치(오존발생기)로부터 나온 오존-함유 기체를 유해 물질을 함유하는 오염 기체 내에 주입한다. 그러나, 오염 기체 중의 유해 물질은 일반적으로 매우 낮은 농도로 존재하므로 오존의 대부분이 유해 물질 산화 분해 및 살균에 사용되기도 전에 분해됨으로써 오염 기체를 높은 효율로 무해화하는데는 한계가 존재한다.
그러므로, 본 발명의 목적은 다양한 유기 오염물질, 악취 성분 및/또는 세균과 같은 유해 물질을 함유하는 오염 기체를, 높은 안전성을 갖는 산화제인 오존을 이용하여 효율적으로 처리하는 방법 및 이를 위한 장치를 제공하고자 하는 것이다.
도 1은 유해 물질을 함유하는 오염 기체를 처리하기 위한 본 발명의 한 태양에 따른 장치를 예시하는 블록 다이어그램이다.
도 2는 하기에 기술될 본 발명의 실시예 1에서의 오존 대 이소프로필 알콜(IPA)의 몰비, 유출부에서의 IPA 농도 및 유출부에서의 오존 농도 사이의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 3은 하기에 기술될 본 발명의 실시예 2에서의 유입부 기체 유량, 유출부에서의 IPA 농도 및 유출부에서의 오존 농도 사이의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 4는 하기에 기술될 본 발명의 실시예 3에서의 처리 온도, 유출부에서의 IPA 농도 및 유출부에서의 오존 농도 사이의 관계를 나타내는 그래프이다.
하기 설명으로부터 명백해질 상기 목적 및 기타 목적은, 본 발명에 따라서, 오존을 유해 물질을 함유하는 오염 기체와 혼합하는 단계, 및 오존-혼합된 오염 기체를 오존 뿐 아니라 유해 물질까지 흡착하는 고-실리카 흡착제를 함유하는 흡착 층에 통과시킴으로써 흡착 층 내에서 오존의 작용에 의해 유해 물질을 무해하게 만드는 단계를 포함하는, 유해 물질을 함유하는 오염 기체의 처리방법에 의해 달성된다.
본 발명은 또한 오존 뿐 아니라 유해 물질도 흡착하는 고-실리카 흡착제를 함유하는 흡착 층이 그 안에 배열되어 있는 흡착 장치; 유해 물질을 함유하는 오염 기체를 흡착 장치에 공급하기 위한 오염 기체 공급관; 오존발생기; 오염 기체 공급관 내로 유입되는 오염 기체 내에 오존발생기로부터의 오존을 공급하기 위한, 오염 기체 공급관에 연결된 오존 공급관; 및 흡착 장치 내의 흡착 층을 통과한 기체를 흡착 장치 외부로 배출시키기 위한 배출관을 포함하는, 유해 물질을 함유하는 오염 기체를 처리하기 위한 장치를 제공한다.
본 발명의 바람직한 태양에 있어서, 고-실리카 흡착제는 고-실리카 펜타실 제올라이트, 탈알루미늄화 파우자사이트(faujasite), 중간크기 세공의 실리케이트 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹에서 선택된다.
본 발명의 다른 바람직한 태양에 있어서, 흡착제 층은 상류 쪽에 위치하고 중간크기 세공의 실리케이트를 함유하는 제 1 흡착제 층 및 하류 쪽에 위치하고 탈알루미늄화 파우자사이트를 함유하는 제 2 흡착제 층을 포함한다.
본 발명의 또 다른 태양에 있어서, 오존 분해제 층은 흡착 층의 하류 쪽에 제공될 수 있다. 이 경우에, 흡착 층을 통과한 기체는 오존 분해제와 접촉하게 되어, 오존이 하류 기체 흐름 내로 누출되지 않도록, 흡착 층을 통과한 기체 중에 존재할 수도 있는 오존을 분해시킨다.
본 발명의 또 다른 목적 및 이점들은 하기에 나타내는 설명들에서 언급될 것이며, 부분적으로 설명으로부터 명백해지거나 또는 본 발명의 실시에 의해 숙지될 수도 있다. 본 발명의 목적 및 이점은 하기에서 특별히 지적하는 수단 및 조합들에 의해 실현되고 달성될 수 있다.
명세서에 삽입되고 명세서의 일부를 구성하는 첨부한 도면은 목하 본 발명의 바람직한 태양들을 예시하며, 상기에 나타낸 일반적 설명 및 하기에 나타내는 바람직한 태양의 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명하는데 사용된다.
유해 물질을 함유하는 오염 기체를 오존을 이용하여 무해하게 만들기 위한 방법에 대해 연구하던 중에, 본 발명자들은 오존 및 유해 물질의 농도가 기상에서보다 고-실리카 흡착제 상에서 더 높게 되도록 기상의 오존 및 유해 물질을 사용하는 경우 고-실리카 흡착제 상에서 선택적으로 흡착됨으로써, 그 결과 오존이 유해 물질을 무해 물질로 효과적으로 전환시킴을 발견하였다. 따라서, 본 발명에서는, 유해 물질을 함유하는 오염 기체를 먼저 오존과 혼합한 다음, 생성된 혼합물을 고-실리카 흡착제를 함유하는 흡착 층에 통과시킨다.
본 발명은 일본 환경위생성에 의해 유해 물질로 지정된 VOC(휘발성 유기 화합물: 이소프로필 알콜(IPA), 에틸 아세테이트, BTX(벤젠, 톨루엔, 크실렌) 및 할로겐화 유기 화합물) 및 디옥신과 같은 유기 오염물질; 머캅탄 및 황화수소와 같은 악취 성분; 및/또는 세균을 포함한 다양한 유해 물질을 함유하는 오염 기체를 무해하게 만들 수 있다. '오염 기체를 무해하게 만드는' 이란 표현은 유기 유해 물질 및 악취 성분을 오존을 이용한 산화 반응에 의해 분해시키는 것 뿐 아니라 오존을 이용한 세균의 살균도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
본 발명에 따라서, 오존을 먼저 오염 기체에 첨가한다.
오존은 당해분야에 공지되어 있는 다양한 오존 생성 장치(오존발생기)에 의해 생성될 수 있다. 무음 방전 시스템, 자외선 램프 시스템 및 수-전기분해 시스템 중 어떠한 오존발생기라도 본 발명에서 오존을 생성하는데 사용될 수 있다. 수-전기분해 시스템에서는, 당해분야에 공지된 바와 같이, 특별한 처리를 한 이온 교환막을 탄소와 플루오로수지로 이루어진 기체 투과성 전극(수소 전극)과 이산화납 전극(오존 전극) 사이에 위치시킨다. 오존 전극에 원료 물질 물로서 공급된 이온교환된 물은 전기분해되어 오존 전극 상에서 오존 및 산소를, 수소 전극 상에서 수소를 생성시킨다. 깨끗한 오존 기체를 고농도로 수득할 수 있기 때문에, 수-가수분해 시스템의 오존발생기가 본 발명에 따라 오염 기체를 처리하는데 사용하기에 특히 적합하다.
오존의 양은 오염 기체에 함유된 유해 성분의 종류, 농도 등에 따라 결정될 수 있으나, 일반적으로 통상적인 오염 기체의 처리에 있어 유해 물질 1 몰 당 1 내지 20 몰, 바람직하게는 약 3 내지 10 몰이다. 오염 기체 중의 유해 물질의 농도는 기체 크로마토그래피와 같이 당해분야에 공지된 방법에 의해 쉽게 측정할 수 있다.
본 발명에 따라서, 오존과 혼합된 오염 기체는 이어서 본 발명의 고-실리카 흡착제를 함유하는 흡착 층을 통과한다.
본 발명에 사용되는 흡착제는 높은 실리카 함량을 가지며 오존 뿐 아니라 유해 물질도 흡착해야만 하는 고-실리카 흡착제이다. 본 발명에 사용된 고-실리카 흡착제로는, 예를 들면, 실리카겔, 고-실리카 펜타실 제올라이트[예: 높은 SiO2/Al2O3비를 갖는 실리칼라이트 또는 ZSM-5(모빌 오일 코포레이션(Mobil Oil Corp.)에서 시판함)], 탈알루미늄화 파우자사이트[예: 매우 안정한 Y-형 제올라이트(USY)], 및 중간크기 세공의 실리케이트[예: MCM-41(모빌 오일 코포레이션에서 시판함), FSM-16(일본의 도요타 주오 겡큐쇼(Toyota Chuo Kenkyusho)에서 시판함), 실리카원으로서 테트라에톡시 실란을 사용하여 제조된 저온 산성 합성된 중간크기 세공의 실리케이트(이하에서 '저온 중간크기 세공의 실리케이트 I'로 지칭함), 또는 실리카원으로서 저분자량 규산을 사용하여 제조된 저온 산성 합성된 중간크기 세공의 실리케이트(이하에서 '저온 중간크기 세공의 실리케이트 II'로 지칭함)]가 있다. 이들 고-실리카 흡착제 중 어느 것이라도 시판중이다.
이들 고-실리카 흡착제 중에서, 실리카겔이 오존 및 유해 물질의 흡착 능력이 다소 떨어지며, 특히, 물의 존재하에서 유해 물질의 흡착 능력이 떨어진다. 실리카겔은 또한 내수성이 낮다. 다른 한편으로, 고-실리카 펜타실 제올라이트, 탈알루미늄화 파우자사이트 및 중간크기 세공의 실리케이트 중 어느 것이라도 높은 오존 흡착 능력을 나타내며 흡착된 오존의 분해를 억제한다. 또한, 상기 고-실리카 흡착제들 중 어느 것이라도 유해 물질을 상당히 흡착하며, 내수성을 나타내고, 습기많은 기체의 처리에 사용될 수 있다.
고-실리카 펜타실 제올라이트는 약 10 내지 100의 SiO2/Al2O3비를 가지며, 실리카원으로서 나트륨 실리케이트 또는 발연 실리카를, 알루미늄원으로서 알루미늄 설페이트를, 유기 템플레이트(template)로서 테트라프로필암모늄 브로마이드를 사용하여, 약 150 내지 180 ℃에서 열수 합성에 의해 수득할 수 있다.
탈알루미늄화 파우자사이트는 약 10 내지 400의 SiO2/Al2O3비를 갖는 매우 안정한 Y-형 제올라이트(USY)이며, 약 5의 SiO2/Al2O3비를 갖는 Na-Y 형 제올라이트를 암모니아수로 처리하여 제올라이트 골격에 함유된 대부분의 Al을 제거함으로써 수득될 수 있다.
중간크기 세공의 실리케이트는 10 내지 1,000 Å의 중간 크기의 구멍을 갖는 실리카-기재 다공체이며, 다양한 방법에 의해 제조할 수 있다. 제조 조건을 조절함으로써, 중간크기 세공의 실리케이트의 SiO2/Al2O3비를 광범위하게, 예를 들면, 약 10 내지 SiO2만으로 거의 이루어진 정도의 SiO2/Al2O3비를 갖는 범위로 변화시킬 수 있다. 예를 들면, MCM-41은 약 1600 m2/g의 비표면적 및 약 1000의 SiO2/Al2O3비를 갖는 실리카계 다공체이며, 모빌 오일 코포레이션에서 개발한 방법에 의해 수득할 수 있다(미국 특허 제 5,378,440 호; 제 5,364,797 호; 및 제 5,348,687 호, 및 크레스지(C. T. Kresge) 등의 문헌[Nature, 359, 710(1992)] 참조). 구체적으로, 실리카원으로서 사용된 워터글래스(water glass) 나트륨 실리케이트, 알루미늄원으로서 사용된 알루미늄 설페이트 및 유기 템플레이트로서 사용된 양이온성 계면활성제(적어도 8 개의 탄소원자를 갖는) 중에서 13.5의 pH 하에 140 ℃에서 반응을 수행하여 MCM-41을 수득할 수 있다. FMS-16은 MCM-41과 유사한 화학 구조를 가지며 약 1000의 SiO2/Al2O3비를 갖는 실리카계 다공체이다. 이 물질은 구로다(Kuroda), 이나가키(Inagaki) 등에 의해 개발된 카네마이트(kanemite)(JP 제 8067578 호, 및 이나가키(S. Inagaki) 등의 문헌[J. Chem. Soc., Chem. Commun., 680(1993)] 참조)와 양이온성 계면활성제의 사이에 삽입시키는 것에 의해 제조할 수 있다. 저온 중간크기 세공의 실리케이트 I은 스턱키(Stucky) 등에 의해 제안된 방법에 의해 합성할 수 있다(휴오(Q. Huo) 등의 문헌[Chem. Mater., 6, 1176(1994)] 참조). 구체적으로, 상기 물질은 실온 및 1 이하의 pH에서 실리카원으로서 사용된 테트라에톡시 실란(TEOS), 알루미늄원으로서 사용된 알루미늄 설페이트 및 유기 템플레이트로서 사용된 양이온성 계면활성제 중에서의 반응에 의해 수득될 수 있다. 또한, 저온 중간크기 세공의 실리케이트 II는 세토구치(Y. M. Setoguchi) 등의 문헌[Journal of Porous Materials, 4, 129-134(1997)]에 기술된 방법에 의해 제조할 수 있다. 구체적으로, 상기 물질은 실온 및 1 이하의 pH에서, 중축합 실리카를 함유하지 않고 실리카원으로서 사용된 규산, 알루미늄원으로서 사용된 알루미늄 설페이트 및 유기 템플레이트로서 사용된 양이온성 계면활성제 중에서의 반응에 의해 제조될 수 있다. 반응 조건을 조절함으로써, 중간크기 세공의 실리케이트의 SiO2/Al2O3비를 광범위하게, 예를 들면 약 10 내지 SiO2만으로 거의 이루어진 정도의 SiO2/Al2O3비를 갖는 범위로 변화시킬 수 있다.
본 발명자들은 고-실리카 흡착제들 중에서, 70 이상의 SiO2/Al2O3비를 갖는 고-실리카 펜타실 제올라이트, 20 이상의 SiO2/Al2O3비를 갖는 탈알루미늄화 파우자사이트 및 20 이상의 SiO2/Al2O3비를 갖는 중간크기 세공의 실리케이트가 높은 오존 흡착 능력을 나타내고, 흡착된 오존의 분해를 억제하며, 따라서 바람직한 흡착제로 사용될 수 있음을 실험적으로 밝혀내었다. 이들 바람직한 흡착제들 중에서, 특히 높은 오존 흡착 능력을 나타내는 고-실리카 펜타실 제올라이트는 오존 분해율이 다소 높은 경향이 있다. 오존 흡착 능력 및 오존 분해율 둘 다의 관점에서, 20 이상의 SiO2/Al2O3비를 갖는 중간크기 세공의 실리케이트가 가장 만족스러운 흡착제를 제공한다. 그 외에, 20 이상의 SiO2/Al2O3비를 갖는 탈알루미늄화 파우자사이트 및 70 이상의 SiO2/Al2O3비를 고-실리카 펜타실 제올라이트가 언급한 순으로 중간크기 세공의 실리케이트를 뒤따른다.
상기 흡착제들은 단독으로 또는 혼합물 형태로 사용될 수 있으며, 임의의 형상으로 성형될 수 있다. 즉, 사용 목적에 따라 과립, 펠릿(pellet), 라시히 링(Raschig ring), 벌집 등과 같은 형상을 가질 수 있다. 흡착 층은, 상류 쪽에 배열되어 있고 고농도의 오존을 효과적으로 흡착할 수 있는 중간크기 세공의 실리케이트를 함유하는 제 1 흡착 층, 및 하류 쪽에 배열되어 있고 저농도 오존을 효과적으로 흡착할 수 있는 탈알루미늄화 파우자사이트를 함유하는 제 2 흡착 층을 포함하는 2층 구조일 수 있다. 특정 2층 구조의 흡착 층은 오존 사용 효율을 개선시킨다.
본 발명에서, 흡착 층을 통과하는 오염 기체의 온도는 특별히 제한되지 않으나, 바람직하게는 0 내지 100 ℃, 보다 바람직하게는 15 내지 50 ℃이다.
전술한 바와 같이, 본 발명에서는 오존을 유해 물질을 함유한 오염 기체와 혼합한 다음, 오존-혼합된 오염 기체를 고-실리카 흡착제를 함유하는 흡착 층에 통과시킨다. 그 결과, 흡착 층 내에서 유해 물질과 오존 사이에 산화 반응이 수행되어 유해 물질을 분해시킨다. 본 발명의 특별한 기술은 유해 물질을 함유하는 오염 기체에 단순히 오존을 첨가하는 종래의 기술보다 현저하게 높은 효율로 유해 물질을 무해 물질로 전환시킨다.
기체상에서 오존의 흡착에 대한 광범위한 연구의 결과로서, 본 발명자들은 고-실리카 흡착제, 특히 고-실리카 펜타실 제올라이트, 탈알루미늄화 파우자사이트 및 중간크기 세공의 실리케이트가 오존 및 동시에 유기 오염물질, 세균 및 악취 성분과 같은 유해 물질을 효과적으로 흡착시킴을 발견하였다. 또한, 흡착된 오존은 흡착된 유기 오염물질 및 악취 성분을 효과적으로 산화시키는 동시에 세균을 죽이며, 오존은 산소로 전환되는 것을 밝혀 내어 본 발명에 이르게 되었다.
본 발명을 이론에 결부시키려는 것은 아니지만, 고-실리카 흡착제 층에서의 오존 농도([O3]) 및 유기 오염물질 농도([ORG])는 각각 기상에서보다 약 10 내지 100 배 더 높은 것으로 간주되는 것으로 생각된다. 다른 한편으로, 오염물질을 무해 물질로 산화시키기 위한 오존과 오염 기체와의 반응 속도는 오존 농도([O3])와 유기 오염물질 농도([ORG])의 곱([O3]·[ORG])에 비례한다. 이어서, 고-실리카 흡착제 상에서의 반응 속도는 기체상에서보다 약 100 내지 약 10,000 배 더 높게 된다. 따라서, 오염 기체 내의 유해 물질은 오존-첨가된 오염 기체를 본 발명에 따라서 고-실리카 흡착제와 접촉시킴으로써 매우 효과적으로 무해하게 될 수 있다.
또한, 기상에서의 오존은 유해 물질 이외의 제 3의 물질에 또한 충돌됨을 주목해야 한다. 제 3의 물질과 충돌한 오존 분자는 분해되어, 유해 물질을 무해하게 만들기 위한 반응에 사용되지 못하는 결과를 가져온다. 다음으로, 기상에서의 오존은 유해 물질을 효과적으로 무해 물질로 전환시키지 못한다. 그러나, 본 발명에서는, 오존 및 유해 물질이 고-실리카 흡착제 상에 선택적으로 흡착되어 오존 분자가 제 3의 물질에 충돌할 가능성을 현저히 저하시킨다. 자연히, 오존은 유해 물질을 무해 물질로 전환시키는데 효과적으로 소비된다.
본 발명의 오염 기체의 정상적인 처리 공정에서, 미반응 오존은 고-실리카 흡착제에 잔류하므로, 실질적으로 하류 흐름 내로 누출되지 않는다. 그러나, 특정 세균을 죽이는 경우에서와 같이 또는 특정 이유로 다량의 오존을 첨가하는 경우, 미반응 오존은 하류 흐름 내로 누출될 수도 있을 것이다. 그러한 경우, 누출되는 오존을 오존 분해제, 예를 들면, 오존을 이산화탄소로 산화시킬 수 있는 소모형 흡착제(예: 활성탄) 또는 알루미나계 화합물과 접촉시켜 누출되는 오존을 완전히 분해시킬 수 있다. 말할 필요도 없이, 오존 분해제 층은 본 발명에서 명시된 흡착 층의 하류에 배열된다. 누출된 오존을 처리하기 위해 활성탄을 사용하는 것이 통상적이다. 그러나, 앞에서 지적한 바와 같이, 선행 기술에서와 같이 기상 내에서 유해 물질을 무해 물질로 전환시킬 때 반응 속도는 낮다. 낮은 반응 속도는 고농도의 누출 오존을 야기하고, 그 결과 활성탄이 상당히 많은 양의 오존에 의해 소비되므로 활성탄은 자주 보충되어야 한다. 당연히, 상황을 개선하는 것이 매우 중요하다. 본 발명은 이러한 점에 있어서 현저하게 유리하다. 구체적으로, 본 발명의 누출 오존 농도는 선행 기술의 약 1/10 보다 적은 값이기 때문에, 본 발명에서 활성탄을 보충하는 빈도는 선행 기술의 약 1/10 보다 낮은 수준이다. 달리 말하자면, 본 발명에서는 활성탄의 수명이 선행 기술보다 약 10 배 정도 현저히 개선된다.
본 발명에서는, 경우에 따라 분진을 제거하기 위한 여과 층을 오존이 유해 물질을 함유하는 오염 기체에 주입되는 지점의 상류 쪽에 또는 고-실리카 흡착제를 함유하는 흡착 층의 하류 쪽에 배열될 수도 있다. 여과 층을 사용할 지의 여부 또는 여과 층을 배열할 위치는 장치의 상태, 유해 물질의 특성 등에 따라 적절히 결정될 수 있다.
도 1은 유해 물질을 함유하는 오염 기체를 처리하기 위한 본 발명의 장치(10)를 예시하는 블록 다이어그램이다. 도 1에 도시되어 있듯이, 장치(10)는 그 안에 흡착 층(181)이 배열되어 있는 흡착 장치(18)를 포함한다. 흡착 층(181)은 본 발명의 고-실리카 흡착제를 함유한다. 바람직한 태양에 있어서, 흡착 층은, 점선으로 도시된 바와 같이, 상류 쪽에 위치하고 중간크기 세공의 실리케이트를 함유하는 제 1 흡착 층(181a) 및 하류 쪽에 위치하고 탈알루미늄화 파우자사이트를 함유하는 제 2 흡착 층(181b)을 포함한다.
오염 기체 공급관(12)은 유해 물질을 함유하며 오염 기체 공급원(11)으로부터 생성된 오염 기체를 공급하기 위해 흡착 장치(18)에 연결된다. 이 태양에 있어서, 상기 공급관(12)은 흡착 장치(18)의 바닥 부분에 연결된다.
송풍기(13)가 오염 기체 공급관(12)에 장착되며, 이는 오염 기체 공급원(11)으로부터 흡착 장치(18)로 들어오는 오염 기체를 송풍시키기 위해 사용된다. 경우에 따라, 가열기 또는 냉각기(14)가 송풍기(13)의 하류에서 오염 기체 공급관(12)에 장착되며, 이는 오염 기체가 공급관(12)을 통과하는 온도(또는 흡착 온도)를 조절하기 위해 사용될 수 있다. 예비혼합 챔버와 같은 혼합기(15)가 냉각기 또는 가열기(14)의 하류에서 공급관(12)에 장착된다. 또한, 오존발생기(16)로부터 생성된 오존-함유 기체를 공급하기 위한 오존 공급관(17)이 혼합기(15)에 연결된다. 오염 기체 및 오존-함유 기체는 혼합기(15)에서 충분히 혼합되고, 혼합된 기체는 흡착 장치(18)로 공급된다. 오염 기체의 유량은 송풍기(13)에 의해 조절할 수 있다.
또한, 흡착 층(181)을 통과하여 흡착 장치(18)의 외부로 이동되는 처리된 기체를 배출하기 위한 배출관(19)이 흡착 장치(18)의 상부에 연결된다.
공급관(12)을 통해 흡착 장치(18)의 바닥 부분에 공급된 혼합 기체 중에 함유된 유해 물질 및 오존은 흡착 층(181)에 함유된 고-실리카 흡착제 상에 동시-흡착된다. 그 결과, 둘 다 고농도로 흡착제 상에 존재하는 흡착된 유해 물질과 흡착된 오존 사이에서 반응이 수행되어 유해 물질을 효과적으로 분해시킨다. 일반적으로, 미반응 오존은 배출관(19)을 통해 외부로 배출되는 처리된 기체 내로 누출되지 않는다. 그러나, 경우에 따라, 흡착 층(181)의 하류에 오존 분해제 층(182)을 배열할 수도 있다. 도 1에 나타낸 태양에서, 세공 형성된 분리판(183), 예를 들면, 천공된 금속판을 흡착 층(181)과, 흡착 층(181)의 하류에(또는 도면에서 흡착 층(181)의 위에) 배열된 오존 분해제 층(182) 사이에 넣는다.
본 발명의 방법 및 장치는 유해 물질을 효과적으로 무해 물질로 전환시키는 것을 가능하게 한다. 또한, 미반응 오존은 처리된 기체 내로 유출되지 않는다. 오존의 고유한 유해 물질 분해 기능 및 살균 기능을 완전히 이용하는 고성능의 오염 기체 정화 시스템이 본 발명에 의해 비교적 간단한 설비를 이용하여 실현될 수 있음을 또한 주목해야 한다. 다음으로, 본 발명은, 예를 들면, 일반 사무실 건물, 병원, 호텔, 식품 공장, 지하철 구내, 놀이방 및 기차 내에서 공기의 정화, 탈취 및/또는 살균; 인쇄 공장, 사출성형 공장, 무균실 및 페인트 공장에서 배출되는 미량의 유기 물질을 함유하는 폐 기체의 정화; 분진 연소 용광로에서 생성되는 폐기체(waste gas)의 처리; 발효 공장 및 쓰레기 처리 장치로부터 생성되는 폐기체의 탈취; 및 미처리 하수 및 하수 처리 과정에서 발생하는 악취의 제거를 포함한 다양한 분야에 적용될 수 있다.
본 발명은 이제 실시예를 참조로 하여 보다 상세히 기술될 것이다.
실시예 1
인쇄 공장의 가(假) 폐기체로 사용된, 유해 물질로 100 ppm의 이소프로필 알콜(IPA)을 함유하는 공기를, 오존 분해제 층(182) 및 분리판(183)을 장치에 포함시키지 않음을 제외하고, 도 1에 도시된 구조의 처리장치에 의해 하기 표 2에 나타낸 조건하에서 처리하였다. 하기 표 1에 나타낸 고-실리카 A 내지 D를 각각 흡착 층(181)에 첨가하였다.
100 ppm의 IPA를 함유한 공기를 표 2에 나타낸 조건하에서 처리하였으며, 흡착 장치(18)의 배출관(19)에서 채취된 기체 중의 IPA 농도 및 오존 농도를 측정한 바, 결과는 도 2에 도시한 바와 같다. 실험 데이터는 흡착제 A, B 및 C를 사용한 경우에 거의 동일한 것으로 나타났다. 그러므로, 이들 경우는 도 2의 그래프에서한 경우로 취급하였다. 구체적으로, 곡선 a 및 b는 흡착제 A, B 및 C에 관한 것인 반면, 곡선 c 및 d는 흡착제 D에 관한 것이다. 괄호 안에 나타낸 값은 세로 좌표(2개의 세로 좌표) 상에 플롯팅된 농도(ppm)를 나타낸다. 표 3은 5, 15 및 25의 오존/IPA 몰비에서 유출부에서의 IPA 농도 및 오존 농도를 나타낸 것이다.
도 2에서 알 수 있듯이, 적어도 50 %의 IPA를 제거하기 위해 약 20의 오존/IPA 몰비가 필요하였으며, 누출 오존은 흡착제 D를 사용한 경우 약 10 ppm인 것으로 나타났다. 그러나, 흡착제 A 내지 C를 사용하는 경우에서는, 50 %의 IPA가 단지 2의 오존/IPA 몰비에서 제거되었다. 오존/IPA 몰비가 3인 경우, 적어도 80 %의 IPA가 제거되었다. 또한, 10 이하의 오존/IPA 몰비에서 누출 오존은 1 ppm 이하인 것으로 나타났다. 더욱이, 15의 오존/IPA 몰비에서 누출 오존은 3 ppm이었다.
실시예 2
처리된 기체 중의 IPA 농도 및 오존 농도는 실시예 1에서와 같이 측정하였다. 이 실시예에서는, 흡착제 A를 1 m3의 양으로 사용하여 100 ppm의 IPA를 함유하는 공기를 처리하였다. 오존/IPA 몰비는 5에 고정시켰고, 흡착 온도는 25 ℃에 고정시켰다. 또한, IPA-함유 공기가 흡착 장치(18)로 들어가는 유량은 송풍기(13)를 조절하여 변화시켰다. 도 3은 그 결과를 나타낸 것이다. 도 3에서 명백하듯이, 6000 m3N/h의 유량에서 적어도 90 %의 IPA가 제거되었으며, 유량이 8000 m3N/h로 증가한 경우에도 적어도 80 %의 IPA가 제거되었다. 또한, 오존 누출량은 1 ppm 이하인 것으로 나타났다. 표 4는 도 3에서 취한, 흡착제(18)로 들어가는 2500 m3N/h, 5000 m3N/h, 7500 m3N/h 및 10,000 m3N/h의 기체 유량하에 처리된 기체 중의 IPA 농도 및 누출 오존 농도를 나타낸 것이다.
실시예 3
처리된 기체 중의 IPA 농도 및 오존 농도는 실시예 1에서와 같이 측정하였다. 이 실시예에서는, 흡착제 A를 2 m3의 양으로 사용하여 100 ppm의 IPA를 함유하는 공기를 처리하였다. 오존/IPA 몰비는 5에 고정시켰고, IPA-함유 공기는 104m3N/h의 유량으로 흡착 장치(18)에 공급하였다. 또한, 흡착 온도(또는 기체 온도)는 다양한 수준으로 맞추었다. 도 4는 결과를 나타낸 것이다. 도 4에서 알 수 있듯이, 상기 조건하에서 오존 누출량은 0.002 ppm 이하인 것으로 나타났다. 또한, 60 ℃ 이하의 흡착 온도하에서 적어도 80 %의 IPA가 제거되었으며, 흡착 온도가 20 내지 50 ℃의 범위 내로 떨어진 경우에도 적어도 90 %의 IPA가 제거되었다. 표 5는 도 4에서 취한, 0 ℃, 25 ℃, 35 ℃, 50 ℃ 및 75 ℃의 흡착 온도 하에서 처리된 기체 중의 IPA 농도 및 누출 오존 농도를 나타낸 것이다.
실시예 4
유해 물질로서 미리 측정된 양의 에틸 아세테이트, 메틸 머캅탄 또는 디옥신을 함유하는 공기를, 오존 분해제 층(182) 및 분리판(183)이 장치에 포함되지 않는 것을 제외하고, 도 1에 도시된 구조의 처리장치에 의해 처리하였다. 표 1에 나타낸 고-실리카 흡착제를 각각 1 m3의 양으로 흡착 층(181)에 첨가하였다. 이 실시예에서는, 유해 물질을 함유하는 공기의 유량을 5,000 m3N/h에 고정시키고, 처리 온도는 2.5 ℃에 고정시켰다. 표 6은 그 결과를 나타낸 것이다.
표 6에서 알 수 있듯이, 본 발명의 방법은 다양한 종류의 유기 물질을 제거하는데 효과적이다. 특히, 흡착제 A 내지 C는 높은 유해 물질 제거율을 나타내었으며 누출 오존량이 적었다. 이들 흡착제 중에서, 흡착제 A는 본 발명의 특히 탁월한 효과를 나타내는 것으로 밝혀졌다.
전술한 바와 같이, 본 발명은 유해 물질을 함유하는 오염 기체를 오존으로처리하는 방법에 관한 것이다. 본 발명에서는, 오존을 효과적으로 흡착하며 또한 유해 물질도 흡착하는 고-실리카 흡착제를 사용하여, 유해 물질을 분해시키고 세균을 죽이는데 효과적으로 오존을 이용할 수 있게 한다. 즉, 오존은 유해 물질을 무해 물질로 효과적으로 전환시킨다. 본 발명에서 사용된 흡착제는 높은 오존 흡착력을 나타내어 처리된 기체 중으로 오존이 누출되는 것을 억제함을 또한 주목해야 한다. 또한, 오존 누출은 활성탄 층과 같은 오존 분해제 층을 필요한 경우 흡착 층의 하류에 배열함으로써 완전히 방지될 수 있다.
본 발명의 또 다른 이점 및 변형은 당해분야의 숙련자라면 쉽게 알 수 있을 것이다. 그러므로, 본 발명은 그의 광범위한 양상에 있어 본원에 나타내고 기술된 특정의 상세한 내용 및 대표적인 태양으로 제한되지 않는다. 따라서, 첨부된 특허청구범위 및 그와 동등한 내용에 의해 정의되는 바와 같은 본 발명의 일반적 개념의 요지 및 범위로부터 벗어나지 않고 다양한 변형이 가능할 수 있다.
Claims (8)
- 오존을 유해 물질을 함유하는 오염 기체와 혼합하는 단계; 및오존-혼합된 오염 기체를, 오존 및 유해 물질을 둘 다 흡착시키는 중간 다공성 실리케이트를 포함하는 고-실리카 흡착제를 함유하는 흡착 층에 통과시켜 흡착 층 내에서 오존의 작용에 의해 유해 물질을 무해화시키는 단계를 포함하는, 유해 물질을 함유하는 오염 기체의 처리방법.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,흡착 층이, 상류 쪽에 위치하고 중간크기 세공의 실리케이트를 함유하는 제 1 흡착 층 및 하류 쪽에 위치하고 탈알루미늄화 파우자사이트를 함유하는 제 2 흡착 층을 포함하는 방법.
- 제 1 항에 있어서,흡착 층을 통과한 기체를, 잔류 오존을 분해시키기 위해 오존 분해제와 접촉시키는방법.
- 오존 및 유해 물질을 둘 다 흡착시키는 중간 다공성 실리케이트를 포함하는 고-실리카 흡착제를 함유하는 흡착 층이 내부에 배열되어 있는 흡착 장치;유해 물질을 함유하는 오염 기체를 흡착 장치에 공급하기 위한 오염 기체 공급관;오존발생기;오존발생기로부터 생성된 오존을 오염 기체 공급관 내에 흐르는 오염 기체 중에 공급하기 위한, 오염 기체 공급관에 연결된 오존 공급관; 및흡착 장치 내에 배열된 흡착 층을 통과한 기체를 흡착 장치의 외부로 배출하기 위한 배출관을 포함하는, 유해 물질을 함유하는 오염 기체 처리장치.
- 삭제
- 제 5 항에 있어서,흡착 층이, 상류 쪽에 위치하고 중간크기 세공의 실리케이트를 함유하는 제 1 흡착 층 및 하류 쪽에 위치하고 탈알루미늄화 파우자사이트를 함유하는 제 2 흡착 층을 포함하는 장치.
- 제 5 항에 있어서,흡착 층을 통과한 기체를, 잔류 오존을 분해시키기 위해 오존 분해제와 접촉시키는 장치.
Applications Claiming Priority (2)
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