KR100529372B1 - 광촉매를 이용한 중금속 처리장치 및 방법 - Google Patents
광촉매를 이용한 중금속 처리장치 및 방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 중금속을 포함하는 배가스가 유입되는 유입구(2), 상기 유입구(2)에 연결설치되고 그 내부에 광촉매가 충진되어 상기 유입구(2)로 유입되는 배가스 중에 존재하는 중금속을 제거하는 반응기(4), 상기 반응기(4)에 이웃하도록 설치되어 상기 반응기(4) 내부에 충진된 광촉매에 빛을 조사하기 위한 광원(8), 상기 반응기(4)의 일측에 연결설치되어 상기 중금속이 제거된 배가스가 배출되는 배출구(6)를 포함하는 중금속 처리장치를 제공한다.
본 발명에 따르면, 촉매를 이용하여 중금속을 포함하는 배가스로부터 중금속을 처리함으로써, 기존에 주로 사용되어 오던 활성탄 등의 효율이 낮은 흡착제를 대체하여, 보다 경제적으로 배가스에 포함되어 있는 중금속을 제거할 수 있는 효과가 있다.
Description
본 발명은 중금속 처리장치 및 제거방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 배가스 중에 포함되어 있는 중금속을 처리하기 위하여 배가스의 이동경로에 광촉매를 설치하고, 상기 광촉매에 빛을 조사하여 상기 광촉매를 통과하는 배가스 중에 존재하는 중금속을 처리하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
산업혁명이후 산업화의 가속으로 환경문제가 급속도로 야기되고 있다. 특히, 오염 배출원에서의 수은을 비롯한 중금속의 배출은 많은 우려를 낳고 있다. 그 중에서도 수은은 다른 중금속과는 달리 높은 휘발성, 강한 유해성 및 체내에 축적이 되는 특성으로 인하여 더욱 관심의 대상이 되는 오염물질이다.
또한, 수은은 연소장치에서 대기 중으로 배출될 경우 입자의 형태로 배출되는 다른 중금속과 달리 주로 원소상태인 기체로 배출되는 것으로 알려져 있다.
한편, 연소가스 중에 존재하는 수은의 양은 국내의 경우 그 자료가 충분히 제공되고 있지 않지만 미국의 경우 연소장치에 의한 배출량이 전체 배출량의 80%를 차지하는 것으로 알려져 있고, 그 형태는 원소상태로 배출되는 것으로 보고되고 있다.
이러한 배가스내에 존재하는 중금속을 제거하는 대표적인 방법으로는 흡착법을 들 수 있는데, 상기 흡착법을 통한 중금속의 제거방법을 수은제거에 사용할 경우, 강한 휘발성으로 인하여 물리적인 흡착만으로 수은을 흡착제에 지속적으로 흡착시키는 것에는 어느 정도 한계가 있다.
한편, 기상에서 원소상태로 존재하는 수은을 제거하기 위한 다른 방법으로 산화법을 이용하여 연소가스 중에 존재하는 수은을 처리할 수 있는데, 이는 상기 원소상태의 수은이 산화되면 Hg[Ⅰ]가 Hg[Ⅱ]로 변화되어 수용성이 증가하므로 약산성용액에도 용이하게 용해되기 때문이다. 그러므로 일반적인 발전소 등에서는 습식탈황장치(wet scrubber)를 구성하는 약산성용액을 이용하여 산화수은을 용해시켜 배가스에 존재하는 수은을 제거할 수 있다.
그러나 전술한 방법은 반응성이 매우 낮아 기상에서 용이하게 산화되지 않는데, 이는 전자구조가 5d106s2인 닫힌 구조를 갖는 원소형태의 수은의 특성에 기인한다. 이러한 이유로 배가스 중에 존재하는 수은을 최소화하려는 연구는 거의 대부분 원소상태의 수은을 대상으로 하고 있다.
현재 배가스 중에 존재하는 수은 등의 중금속을 제거하기 위한 제거방법은 흡착제를 이용한 방법이 가장 보편적으로 활용되고 있으며, 그 중에서도 흡착제로서 활성탄을 사용하는 방법이 가장 많이 이용되고 있다.
이러한 흡착제로 사용되는 활성탄은 엄밀하게 순수한 물리적인 흡착으로 간주하기 어렵지만, 상기 활성탄은 그 자체가 중금속에 특별한 화학적 친화력(chemical affinity)을 가지고 있는 것으로 추정된다.
최근에는 상기 활성탄의 친화력을 향상시키기 위하여 황이나 요오드와 같은 화학물질을 활성탄에 첨착하여 사용하고 있으며, 상기 활성탄은 수은의 배출농도가 높은 쓰레기 소각장치 등에서는 높은 수은 제거율을 보이고 있지만, 화력발전소와 같이 아주 낮은 농도의 그것도 원소상태의 수은 등의 중금속이 배출되는 경우 수은 등의 중금속 제거율이 높지 않은 것으로 알려져 있고, 가격에 비하여 낮은 온도범위에 적용되고, 느린 흡착속도를 나타내며, 낮은 재활용률을 보이고 있는 등의 문제점이 있다.
한편, 상술한 문제점들을 해결하기 위한 고급산화기술 중의 한 방법인 광촉매를 이용한 오염물질 및 악취물질을 제거하는 방법에 대하여 많은 관심을 기울이고 있다. 특히, 대한민국특허출원 제 1999-0052838호는 부직포, 활성탄, 제올라이트 등의 필터에 이산화티타늄(TiO2), 산화아연(ZnO) 및 은 등으로 코팅된 광촉매를 이용한 필터가 소개되어 있으며, 대한민국특허출원 제 2000-0034908호는 광촉매를 이용하여 휘발성 유기화합물을 처리하는 방법이 기술되어 있고, 대한민국 실용신안등록출원 제 2000-0029990호에는 산화티타늄을 이용한 수처리장치가 소개되어 있다.
이러한 광촉매 산화반응은 띠 간격에너지(band gap energy) 이상의 빛 에너지를 광촉매에 조사하였을 때 전자와 정공이 발생하고, 정공에 의해 생성되는 수산화라디칼(·OH)의 강력한 산화력으로 광촉매 표면에 흡착된 기상 또는 액상의 유기물이 분해되는 반응을 일컫는다.
즉, 광촉매는 빛 에너지를 흡수함으로써 촉매활성을 나타내게 되는데, 이때 발생하는 강력한 산화력으로 환경오염물질을 산화분해하는 것이다. 상기 광촉매 반응을 유도하는 물질로는 TiO2, ZnO2, ZnO, SrTiO3, CdS, GaP, InP, GaAs, BaTiO3, KNbO3, Fe2O3, Ta2O5, WO3, SnO2
, Bi2O3, NiO, Cu2O, SiO, SiO2, MoS2, InPb, RuO2, CeO2 등이 사용되고 있으며, 상기 광촉매에 Pt, Rh, Ag, Cu, Sn, Ni, Fe 등의 금속 및 이들의 금속산화물을 첨가하여 사용할 수도 있다. 이중에서도 이산화티타늄(TiO2)은 인체에 무해하고 광촉매활성이 탁월하며, 내광부식성이 우수하고 가격이 저렴하여 가장 많이 사용되고 있다.
상기 이산화티타늄은 아나타제(anatase) 형태일 경우 388㎚, 루틸(rutil) 형태일 경우 413nm이하의 자외선을 흡수하여 반응함으로써 전자(전도대)와 정공(가전자대)이 생성되는데, 이때 광원으로 사용되는 자외선은 태양에너지 외에 자외선 블랙 라이트, 자외선 램프, 백열전등, 수은램프 등의 인공조명 등이 사용될 수 있다. 상기 반응에서 생성된 전자와 정공은 10-12 내지 10-9 초만에 재결합하지만, 재결합하기 전에 오염물질 등이 표면에 흡착하게 되면 상기 전자와 정공에 의해 분해된다.
한편, 이산화티타늄을 광촉매로 사용하여 악취성분(담배연기)을 탈취하는 공기청정기용 필터, 수중 또는 공기중의 항균을 위한 필터, 유리와 타일 등의 방오 분야에서 실용화되고 있으며, 광촉매가 코팅된 필터는 휘발성 유기화합물을 분해하기 위한 광촉매 시스템에도 적용 가능하다. 그러나 광촉매 반응은 표면반응이기 때문에 광촉매 표면에 유기오염물질 또는 악취물질이 다량 흡착시킬 수 있는 기술에 대한 연구 개발이 필요한 실정이다.
이에, 본 발명자들은 광촉매로 오염물질을 제거할 수 있는 점을 착안하여 지속적으로 연구 한 끝에 수은을 제거하기 위해 사용되는 기존의 활성탄을 대체할 수 있는 광촉매를 이용한 수은 등의 중금속 제거방법을 개발하여 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 도출된 것으로서, 배가스의 이동경로에 광촉매가 충진된 반응기를 설치하고, 상기 반응기의 광촉매에 빛을 조사하여 상기 광촉매를 통과하는 중금속을 제거하는 장치를 제공하는 것에 기술적 과제가 있다.
또한, 본 발명은 화력발전소와 같이 일반적으로 낮은 중금속 농도를 갖는 배가스를 배출하는 배출원에 적용되어 중금속을 제거하는 것에 기술적 과제가 있다.
본 발명은 중금속을 포함하는 배가스가 유입되는 유입구(2), 상기 유입구(2)에 연결설치되고 그 내부에 광촉매가 충진되어 상기 유입구(2)로 유입되는 배가스 중에 존재하는 중금속을 제거하는 반응기(4), 상기 반응기(4)에 이웃하도록 설치되어 상기 반응기(4) 내부에 충진된 광촉매에 빛을 조사하기 위한 광원(8), 상기 반응기(4)의 일측에 연결설치되어 상기 중금속이 제거된 배가스가 배출되는 배출구(6)를 포함하는 중금속 처리장치를 제공한다.
본 발명에 따른 중금속 처리장치에 있어서, 상기 배가스는 쓰레기 소각장치, 화력발전소 등의 고정 배출원의 연소공정에서 발생하는 배가스를 지칭하는 것으로서, 중금속 특히 바람직하게는 수은을 포함하는 배가스라면 어느 것이든 무방하지만, 경제적인 측면에서 중금속의 배출농도가 높은 쓰레기 소각장치로부터 배출되는 배가스 보다는 중금속의 농도가 낮은, 바람직하게는 0.5㎍/㎥ 이하 특히 바람직하게는 0.1㎍/㎥ 이하의 중금속 농도를 갖는 배가스 예를 들면, 화력발전소로부터 배출되는 배가스를 본 발명에 따른 중금속 처리장치로 처리하는 것이 좋다.
여기서, 상기 화력발전소로부터 배출되는 배가스는 통상 화력발전소에서 발생하는 배가스 처리공정의 최종단계를 거친 배가스를 의미한다.
한편, 본 발명에 따른 중금속은 연소공정, 바람직하게는 화력발전소의 연소공정으로부터 배출되는 배가스에 포함되는 중금속 예컨데, As, Be, Cd, Co, Cr, Hg, Mn, Ni, Pb, Sb 및 Se, 바람직하게는 수은이라면 어느 것이라도 이에 해당된다.
본 발명에 따른 광촉매는 일반적으로 광활성 금속산화물 즉, TiO2, ZnO2, ZnO, CaTiO, WO3, SnO2, MoO3, Fe2O3, InP, GaAs, BaTiO3, KNbO3, Fe2O3, 및 Ta2O5를 단독 또는 둘 이상 혼합하여 사용할 수 있으며, 추천하기로는 TiO2 및/또는 ZnO를 사용하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 이산화티타늄(TiO2)를 사용하는 것이 좋다.
특히, 상기 광촉매 이산화티타늄(TiO2)은 그 결정성과 무관하게 높은 중금속 특히, 수은 제거효율을 보이는데, 상기 이산화티타늄을 본 발명에 따른 광촉매로 사용할 경우 순수한 아나타제(anatase)형에 비하여 상대적으로 가격이 저렴한 루틸(rutile)형태나 루틸/아나타제 혼합형태의 이산화티타늄을 광촉매로 사용할 수 있다. 그러나 본 발명에서는 특별히 광촉매로 사용가능한 이산화티타늄의 결정형을 한정하는 것은 아니다.
한편, 광촉매의 반응속도는 금속 또는 금속산화물, 예를 들면, 팔라듐, 백금, 라듐, 텅스텐, 금, 은 및 구리 등을 첨가함으로써, 그 반응속도를 증가시키게 되는데, 상기 첨가물은 총 광촉매 중량당 0.01 내지 5 중량%를 첨가하여 본 발명에 따른 광촉매로 사용할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 광촉매는 반응기 내부에 충진시켜 사용되는 비드(bead)에 코팅하여 사용할 수 있는데, 이때 상기 광촉매를 비드에 코팅하는 방법은 당업계에 통상적으로 사용되는 코팅방법 예컨대, 광촉매 코팅용 졸을 제조하여 원하는 기재에 담지하는 인쇄법, 스프레이법, 담급법(dipping method) 등으로 코팅하여 건조시키는 방법을 사용할 수 있으나, 추천하기로는 스프레이법 및 담금법을 사용하는 것이 좋다. 여기서, 상기 스프레이법 및 담금법의 건조온도는 용매의 종류에 따라 상이하지만, 일반적으로 50 내지 200℃, 특히 100 내지 150℃가 바람직하다.
한편, 상기 광촉매를 코팅용 졸로 제조하여 비드에 코팅할 경우 용도에 따라 상기 코팅막의 두께를 조절할 필요가 있다. 특히, 상기 코팅막의 두께가 0.1㎛ 이상이면 광촉매층이 기재에 견고하게 접착되어 내구성이 높은 광촉매 코팅 구조체를 이룰 수 있으며, 상기 코팅막의 두께가 증가할수록 광촉매 활성 또한 증가하게 되나 그 두께가 5㎛이상이 되면 광원이 광촉매층의 기저로 충분히 투과할 수 없으므로 광촉매의 활성은 더 이상 증가하지 않는다. 한편, 5㎛ 이하에서는 높은 광촉매 활성을 나타내며 또한 투광성을 고려하여 볼 때 투명한 광촉매 코팅막을 갖는 것이 바람직하다. 또한, 중금속의 흡착력을 향상시키기 위해서는 코팅막의 두께를 20 내지 50㎛까지 두껍게 하여도 효과적이다. 그러므로 용도에 따라 광촉매층의 두께를 5 내지 50㎛까지 제조하는 것이 좋다.
또한, 본 발명에 따른 광촉매는 질소, 철, 텅스텐, 크롬, 니켈, 바나듐, 망간, 아연, 몰리브데늄, 니오브 등으로 도핑(doping)하여 제조될 수 있는데, 질소를 도핑할 경우에는 고온의 소각로에 본 발명에 따른 광촉매를 충진한 후 질소를 흘려보내주어 도핑하여 제조될 수 있으며, 상기 철, 텅스텐, 크롬, 니켈, 바나듐, 망간, 아연, 몰리브데늄, 니오브 등의 금속을 도핑하는 것은 문헌 Serpone. N. and Pelizzetti. E.;"Photocatalysis : Fundamental and Application", Wiley (1989)에 기재되어 있는 방법으로 도핑할 수 있다.
상기 도핑에 사용되는 물질은 철, 텅스텐 등의 금속이라면 어떠한 것을 사용하여도 무방하지만, 긴 파장 영역에서 광촉매 활성을 나타나게 하기 위해서는 광촉매를 질소로 도핑하는 것이 좋다.
이때, 상기 광촉매를 도핑하는 것은 광촉매가 가시광선 영역의 파장에서 광촉매 활성을 나타내도록 하기 위한 것으로서, 상기 도핑된 광촉매가 도핑전의 광촉매에 비하여 보다 긴 파장 영역에서 광촉매가 활성을 나타내게 된다.
본 발명에 따른 광원은 상기 광촉매에 빛을 조사할 수 있는 것이라면 어느 것 예를 들면, 자연광, 자외선 블랙 라이트, 자외선램프, 백열전등, 수은램프, 형광등 등을 사용하여도 무방하지만, 바람직하게는 유지비용이 저렴한 형광등을 사용하는 것이 좋다.
특히, 본 발명에 따른 중금속 처리장치에 포함되어 있는 광촉매는 일반적으로 자외선 영역의 파장에서 광여기하여 광촉매 활성을 나타내는 것으로 알려져 있으나, 본 발명의 배가스에 포함되어 있는 저농도의 중금속을 처리하는 경우 가시광선 영역의 파장만으로도 처리가 가능하다.
따라서 본 발명에 따른 광촉매의 광여기를 위하여 광원으로서 형광등 등을 사용할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 반응기는 그 내부에 광원이 조사되면 광촉매 활성을 나타내는 광촉매가 충진되어 있으므로, 상기 반응기 내부에 빛이 투과될 수 있도록 반응기의 외관은 투명한 재질, 바람직하게는 투명 플라스틱, 파이렉스(pyrex), 유리 등으로 이루어져 있으며, 바람직하게는 파이렉스가 좋다. 그러나 상기 반응기의 형태 및 재질은 전술한 바에 의하여 한정되는 것은 아니며, 통상 광촉매에 빛을 조사할 수 있는 반응기라면 어떠한 재질 및 형태로 이루어져 있어도 무방하다.
아울러, 본 발명에 따른 중금속 처리장치는 광원으로부터 조사되는 빛에 광촉매가 균일하게 노출될 수 있도록 반응기가 회전하도록 구성하는 것이 좋고, 반응기를 회전시킬 수 없는 경우에는, 빛을 조사하는 광원을 반응기의 주변에 다수 설치하거나 상기 반응기의 주위에 거울을 설치하여 상기 반응기에 충진된 광촉매에 빛이 균일하게 조사되도록 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 중금속 처리장치를 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 중금속 처리장치를 나타내는 구성도로서 함께 설명한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 중금속 처리장치는 중금속을 포함하는 배가스가 유입되는 유입구(2), 상기 유입구(2)에 연결설치되고 그 내부에 광촉매(10)가 충진되어 상기 유입구(2)로 유입되는 배가스 중에 존재하는 중금속을 제거하는 반응기(4), 상기 반응기(4)에 이웃하도록 설치되어 상기 반응기(4) 내부에 충진된 광촉매(10)에 빛을 조사하기 위한 광원(8), 상기 반응기(4)의 일측에 연결설치되어 상기 중금속이 제거된 배가스가 배출되는 배출구(6)로 구성되어 있다.
추가적으로, 본 발명에 따른 중금속 처리장치는 상기 중금속을 포함하는 배가스가 유입되는 유입구(2) 및 상기 중금속이 제거된 배가스가 배출되는 배출구(6)에 중금속의 농도, 양 등을 측정할 수 있는 분석기(14)를 연결설치하여 실시간으로 상기 유입구(2) 및 배출구(6)를 통과하는 배가스의 중금속을 측정하도록 구성할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 중금속 처리장치는 상기 유입구(2)와 반응기(4) 및 반응기(4)와 배출구(6) 사이에 필터(16)를 더 구비시켜 상기 유입구(2)로 유입되는 중금속을 포함하는 배가스 중에 존재하는 불순물이 반응기(4)로 유입되는 것을 방지하고, 반응기(4)에 충진된 광촉매 등이 외부로 배출되는 것을 방지하도록 구성될 수 있다.
여기서, 상기 반응기(4)는 그 내부에 광촉매(10)가 충진되어 있으며, 필요에 따라 그 내부로 비드(12)를 더 충진하여 접촉면적을 증가시킴으로써 광촉매(10)만을 반응기(4)에 충진시킬 때 요구되는 광촉매의 양보다 적은 양의 광촉매를 사용하여 기상의 중금속과 광촉매(10)를 용이하게 접촉하도록 할 수 있다.
이때, 상기 비드(12)는 광원(8)으로부터 조사되는 빛이 투과되어 광촉매(10)에 도달되도록 투명한 재질을 사용하는 것이 바람직하고, 추천하기로는 유리 비드(glass bead)를 사용하는 것이 좋다.
한편, 필요에 따라 상기 비드(12)의 외벽에 광촉매를 코팅하여 광촉매가 코팅된 비드(12)를 반응기(4)의 내부에 충진하여 사용할 수 있다.
전술한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 중금속 처리장치의 작동기작을 살펴보면 다음과 같다.
먼저 중금속을 포함하는 배가스가 유입구(2)를 통하여 광촉매(10) 및/또는 비드(12)가 충진된 반응기(4)로 유입되면 상기 반응기(4)와 이웃하게 설치된 광원(8)에 전류를 공급하여 빛을 반응기(4)로 조사한다.
그 다음, 상기 반응기(4)로 조사된 빛은 상기 반응기(4) 내부에 충진된 광촉매(10)에 조사되며, 이와 동시에 상기 반응기(4) 내부의 광촉매(10)와 접촉하며 흐르는 배가스에 포함되어 있는 중금속이 제거된다.
그 다음, 상기 반응기(4)를 통과한 중금속이 제거된 배가스는 상기 반응기(4)의 일측에 구비된 배출구(6)를 통하여 배출된다.
한편, 상기 중금속을 포함하는 배가스가 유입되는 유입구(2) 및 상기 중금속이 제거된 배가스가 배출되는 배출구(6)에 중금속의 농도, 양 등의 물성을 측정할 수 있는 분석기를 연결설치하여 반응기(4)로 유입되는 농도 및 처리된 중금속의 양 등을 실시간으로 측정할 수 있다.
이하에서 실시예를 통하여 본 발명을 구체적으로 설명하기로 한다. 그러나 하기의 실시예는 오로지 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로 이들 실시예에 의해 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다.
<실시예 1>
도 1에 도시된 바와 같이, 파이렉스(pyrex)로 직경 16mm 길이 95mm 크기의 원통형 반응기를 설치한 후 125cm길이의 36W 자외선 블랙 라이트[TLD 36w/08, Philips, 네덜란드]를 상기 반응기와 이웃하도록 설치하였다.
그 다음, 상기 원통형 반응기의 내부에 광촉매[Degussa P25, 데구사, 독일]를 0.3g 충진한 뒤 유리비드[glass bead 3호, Glastechnique Mfg., 독일] 약30g을 충진하고, 상기 원통형 반응기의 유입구 및 배출구에 필터[Filter paper, Toyo Roshi Kaisha, 일본]을 설치하였다.
그 다음, 상기 원통형 반응기의 내부로 유입되는 수은을 포함하는 배가스 및 외부로 유출되는 수은이 처리된 배가스에 존재하는 수은을 측정하기 위하여 수은분석기[VM3000 , Mercury Instruments, 독일]를 상기 유입구 및 유출구에 연결설치하였다.
그 다음, 상기 원통형 반응기의 유입구로 일정한 농도 및 온도의 원소수은을 유입시켰다.
이때, 상기 원소수은은 배쓰(bath)를 사용하여 온도를 일정하게 유지시켰으며, 운반가스로 질소 75sccm와 공기 1500sccm을 함께 공급하였다.
그 다음, 유입구로 주입되는 수은의 농도가 300 내지 400 ㎍/㎥(0.3 ~ 0.4 ppb)으로 일정하게 유지된 후 자외선 블랙 라이트[TLD 36w/08, Philips, 네덜란드]에 전원을 인가하여 반응기 내부의 광촉매에 빛을 조사하는 동시에 상기 원통형 반응기를 7 내지 8rpm으로 회전시켰다.
그 다음, 수은분석기[VM3000 , Mercury Instruments, 독일]를 이용하여 실시간으로 수은의 농도를 측정하였으며, 배출구로 배출되는 배가스의 수은 형태를 측정하기 위하여 배가스를 US EPA의 온타리오-하이드로법 (Ontario-Hydro Method)으로 샘플링하여 수은 농도를 측정하였다.
그 결과를 도 2에 나타냈다.
<실시예 2>
실시예 1과 동일한 방법으로 실시하되, 데구사 P25 광촉매[Degussa P25, 데구사, 독일] 대신 아나타제 형태의 이산화티타늄 분말[Isihara TiO2 Powder, Isihara, 일본]을 광촉매로 사용하였다.
그 결과를 도 2에 나타냈다.
<실시예 3>
실시예 1과 동일한 방법으로 실시하되, 데구사 P25 광촉매[Degussa P25, 데구사, 독일] 대신 루틸 형태의 이산화티타늄 분말[pure rutile, Junsei Co., 일본]을 광촉매로 사용하였다.
그 결과를 도 2에 나타냈다.
<실시예 4>
실시예 1 내지 실시예 3을 순차적으로 동일한 방법에 의하여 실시하되, 광원을 125cm길이의 36W 자외선 블랙 라이트[TLD 36w/08, Philips, 네덜란드] 대신 125cm길이의 36W의 자외선 램프[GB36TB, Philips 네덜란드]을 사용하였다.
그 결과를 도 3에 나타냈다.
<실시예 5>
실시예 1 내지 실시예 3을 순차적으로 동일한 방법에 의하여 실시하되, 광원을 125cm길이의 36W 자외선 블랙 라이트[TLD 36w/08, Philips, 네덜란드] 대신 형광등[FL40D, Osram Korea, 한국]을 사용하였다.
그 결과를 도 4에 나타냈다.
도 2 내지 도 4에서 알 수 있듯이, 광원의 종류에 따라 수은 제거속도나 제거효율이 크게 변하지 않는 것으로 나타났다.
한편, 수은 제거효율면에서는 광촉매 분말의 종류에 따라 약간의 차이는 있으나, 자외선 블랙 라이트, 자외선 라이트, 형광등을 광원으로 사용한 도 2 내지 도 4의 경우 99%의 수은 제거효율을 나타냈다.
특히, 실시예 5에서 알 수 있듯이 가시광선 영역의 빛을 발산하는 형광등을 사용하였음에도 불구하고 수은의 제거율은 99%이상으로 나타냈다.
<실시예 6>
활성탄의 파과실험
파이렉스(pyrex)로 직경 16mm 길이 95mm 크기의 원통형 반응기를 설치한 후 125cm길이의 형광등[FL40D, Osram Korea, 한국]을 설치하였다.
그 다음, 상기 원통형 반응기의 내부에 활성탄[KURACOAL-GW 32/60, Kuraray, 일본]을 0.3g 충진한 뒤 약 30g의 유리비드[glass bead 3호, Glastechnique Mfg., 독일] 를 충진하고, 상기 원통형 반응기의 유입구 및 배출구에 필터[Filter paper, Toyo Roshi Kaisha, 일본]을 설치하였다.
그 다음, 상기 원통형 반응기의 내부로 유입되는 수은을 포함하는 배가스 및 외부로 유출되는 수은이 처리된 배가스에 존재하는 수은을 측정하기 위하여 수은분석기[VM3000 , Mercury Instruments, 독일]를 상기 유입구 및 유출구에 연결설치하였다.
그 다음, 상기 원통형 반응기의 유입구로 일정한 농도(약 310㎍/㎥)의 원소수은을 유입시켰다. 주변온도는 22 내지 24℃로 유지하였다.
이때, 상기 원소수은은 배쓰(bath)를 사용하여 온도를 일정하게 유지시켰으며, 운반가스로 질소 75sccm와 공기 1500sccm을 함께 공급하였다.
그 다음, 유입구로 주입되는 수은의 농도가 300 내지 400㎍/㎥(0.3 ~ 0.4 ppb)으로 일정하게 유지시킨 후 형광등[FL40D, Osram Korea, 한국]에 전원을 인가하여 반응기 내부의 광촉매에 빛을 조사하는 동시에 상기 원통형 반응기를 7 내지 8rpm으로 회전시켰다.
주변 온도와 유입되는 수은의 농도를 일정하게 유지하며 반응기 후의 수은 농도가 초기농도의 1/3(33%)이 될 때 시간을 측정하였다.
그 결과를 도 5로 나타냈다.
도 5에 도시된 바와 같이, 초기 수은농도의 80%까지의 시간은 43시간이 소요되는 것으로 나타났다.
<실시예 7>
이산화티타늄(TiO
2
) 파과실험
상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하되 원통형 반응기에 충진되는 활성탄 0.3g 대신 광촉매[Degussa P25, 데구사, 독일] 0.3g을 충진하였다.
그 결과를 도 6으로 나타냈다.
도 6에 도시된 바와 같이, 초기 수은 농도가 330시간이 경과하였음에도 불구하고 40%에도 미치지 못한 것으로 나타났다. 이는 실시예 6과 실시예 7의 결과를 비교하여 볼 때, 활성탄의 21시간이 경과한 후 초기 수은농도에 대한 배출구 수은 농도가 33%에 이르렀으며, 이산화티타늄의 경우 319시간이 경과한 후 그에 도달하였다.
그러므로 실시예 6의 활성탄은 1g 당 0.57mg의 수은을 제거한 것이고, 이산화티타늄의 경우 1g 당 32mg의 수은을 제거한 것으로 나타났다.
참고로, 활성탄과 이산화티타늄의 가격을 비교해보면 활성탄은 1g 당 1 내지 3원, 고가의 경우 6원 정도이며, 이산화티타늄은 1g당 2 내지 3원, 고가의 경우 45원 정도이다. 하지만 300 내지 400㎍/㎥농도의 기상수은 1.5l/min을 0.3g의 활성탄과 이산화티타늄으로 흡착제거하는 파과실험(실시예 6, 실시예 7)에서 초기농도의 1/3선(33%)이 될 때까지의 시간을 알아본 결과 활성탄은 21시간이 소요되었으며, 이산화티타늄은 320시간이 소요되었다.
이는 단위그램당 제거하는 기상수은의 양을 보아도 활성탄은 567.6㎍ Hg/1g C이고, 이산화티타늄은 32510㎍ Hg/1g TiO2 으로서, 약 55배의 차이를 보인다.
그러므로 단순히 가격대 성능비만 비교하여도 이산화티타늄이 훨씬 경제적임을 알 수 있다. 또한 이산화티타늄은 활성탄에 비하여 한번 충진으로 10배 이상의 유지시간을 보이고 있으므로 교체할 번거로움이 없으므로 교체비용이 절감된다. 따라서 활성탄에 비해 이산화티타늄은 오염물이 흡착된 흡착제의 양이 적게 나온다.
아울러, 활성탄은 재활용을 위해 온도를 높여 탈착하나 탈착효율이 높지 않고 고온으로 처리할 경우 연소되는 경우가 있어 재활용에 어려움이 있다.
또한, 화력발전소나 소각로같은 경우 배가스 자체가 고온이며, 활성탄의 사용온도 또한 100 내지 200℃ 사이에 해당하므로 활성탄의 흡착능력이 실험의 경우보다 훨씬 낮을 것으로 예상된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 일실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
본 발명은 전술한 바와 같이, 이산화티타늄 등의 광촉매를 이용하여 수은 등의 중금속을 포함하는 배가스로부터 중금속을 처리함으로써, 기존에 주로 사용되어 오던 활성탄 등의 효율이 낮은 흡착제를 대체함으로써, 보다 경제적으로 배가스에 포함되어 있는 수은을 제거할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 중금속 처리장치를 나타내는 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 실시예 1 내지 실시예 3의 시간에 따른 수은 제거율을 나타내는 도,
도 3은 본 발명에 따른 실시예 4의 시간에 따른 수은 제거율을 나타내는 도,
도 4는 본 발명에 따른 실시예 5의 시간에 따른 수은 제거율을 나타내는 도,
도 5는 본 발명에 따른 활성탄 파과실험의 결과를 나타내는 도,
도 6은 본 발명에 따른 이산화티타늄 파과실험의 결과를 나타내는 도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
2 : 유입구 4 : 반응기
6 : 배출구 8 : 광원
10 : 광촉매 12 : 비드(bead)
14 : 분석기 16 : 필터
Claims (9)
- 중금속을 포함하는 배가스가 유입되는 유입구(2), 상기 유입구(2)에 연결설치되고 그 내부에 광촉매(10)가 충진되어 상기 유입구(2)로 유입되는 배가스 중에 존재하는 중금속을 제거하는 회전하도록 구성된 반응기(4), 상기 반응기(4)에 이웃하도록 설치되어 상기 반응기(4) 내부에 충진된 광촉매에 빛을 조사하기 위한 광원(8), 상기 반응기(4)의 일측에 연결설치되어 상기 중금속이 제거된 배가스가 배출되는 배출구(6)를 포함하는 중금속 처리장치.
- 제 1항에 있어서,상기 중금속을 포함하는 배가스가 유입되는 유입구(2) 및 상기 중금속이 제거된 배가스가 배출되는 배출구(6)에 분석기(14)를 연결설치하여 상기 유입구(2) 및 배출구(6)를 통과하는 배가스에 존재하는 중금속의 물성을 측정하도록 한 중금속 처리장치.
- 제 1항에 있어서,상기 유입구(2)와 반응기(4) 및 반응기(4)와 배출구(6) 사이에 필터(16)를 더 구비하여 상기 유입구(2)로 유입되는 중금속을 포함하는 연소가스 중에 존재하는 불순물이 반응기(4)로 유입되는 것을 방지하고 반응기(4)에 충진된 물질이 외부로 배출되는 것을 방지하도록 한 것을 특징으로 하는 중금속 처리장치.
- 제 1항에 있어서,상기 광촉매가 TiO2, ZnO2, ZnO, SrTiO3, CdS, GaP, InP, GaAs, BaTiO 3, KNbO3, Fe2O3, Ta2O5, WO3, SnO2 , Bi2O3, NiO, Cu2O, SiO, SiO2, MoS2, InPb, RuO2, CeO2 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 중금속 처리장치.
- 제 1항에 있어서,상기 광촉매가 질소, 철, 텅스텐, 크롬, 니켈, 바나듐, 망간, 아연, 몰리브데늄 또한 니오브로 도핑된 것을 특징으로 하는 중금속 처리장치.
- 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,상기 광원(8)이 자연광, 자외선 블랙 라이트, 자외선램프, 백열전등, 수은램프 또는 형광등인 것을 특징으로 하는 중금속 처리장치.
- 삭제
- 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,상기 반응기(4)의 내부에 충진되는 광촉매가 분말형태로 존재하거나 비드(12)에 코팅되어 있는 것을 특징으로 하는 중금속 처리장치.
- 제 1항 내지 제 6항 또는 제 8항 중 어느 한 항에 따른 중금속 처리장치를 이용하여 배가스 중에 존재하는 중금속을 처리하는 방법.
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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