KR100574446B1 - 유리질 기저체를 이용한 휘발성 유기 화합물 처리용 광반응장치 - Google Patents
유리질 기저체를 이용한 휘발성 유기 화합물 처리용 광반응장치 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 유리질 기저체를 이용한 휘발성 유기 화합물 처리용 광반응장치에 관한 것으로, 유리질 성분으로 이루어진 비드 또는 펠릿 형상의 기저체와, 자외선광과 광산화 반응하는 이산화티타늄 광촉매제가 상기 기저체의 표면에 피복/형성된 광촉매층을 포함하는 광반응 필터요소와, 다수의 상기 광반응 필터요소가 무작위로 내부에 충전/적층되고, 상기 광반응 필터요소의 광산화 반응을 유도하도록 중앙에 높이방향을 따라 배치되는 봉 형상의 UV 램프를 포함하며, 상기 자외선광이 내부로 반사되도록 벽면이 경면 처리된 투명 플라스틱으로 이루어진 원통형 반응용기 및 병렬 배치되는 다수의 상기 반응용기를 포함하도록 외장되고, 휘발성 유기 화합물 가스가 상기 각 반응용기의 내부로 순차 또는 동시 유입/통과하여 상기 각 광반응 필터요소들에 대한 접촉이 유도될 수 있도록 상기 각 반응용기와 상통하는 입구 및 출구를 포함하는 하우징을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
광반응, 필터, 광촉매제, 기저체, 유리질, 광산화반응, VOC, 비드, 펠릿
Description
도 1은 본 발명의 제 1실시예에 따른 유리질 기저체를 이용한 휘발성 유기 화합물 처리용 광반응장치의 구성도,
도 2는 도 1에 도시된 광반응 필터요소의 부분절개 사시도,
도 3은 도 1에 도시된 광반응장치의 성능분석을 위한 광반응 시스템의 구성도,
도 4는 도 3에 도시된 광반응 시스템의 작동을 통해 본 발명에 따른 기저체의 각 성분별 톨루엔 증기의 제거효율을 나타내는 그래프도,
도 5는 도 3에 도시된 광반응 시스템의 작동을 통해 본 발명에 따른 기저체의 각 성분별 톨루엔 증기의 제거효율을 반응용기의 경면처리 전/후로 구분하여 나타내는 그래프도,
도 6은 본 발명의 제 2실시예에 따른 광반응장치의 구성도이다.
< 도면의 주요부분에 관한 부호의 설명 >
100: 반응용기, 110: UV 램프, 200: 필터요소,
210: 기저체, 220: 광촉매층, 300: 하우징,
310: 입구, 320: 출구, 330: 제 1연결관,
340: 제 2연결관, 1000: 광반응장치, 2100: 봄베,
2200: 공기 압축기, 2300: 질량유량 체크박스, 2400: 흡습기,
2500: 레귤레이터, 2600: 질량유량 조절기, 2700: 임핀저,
2800a: 제 1체크밸브, 2800b: 제 2체크밸브, 2900: 믹싱챔버,
2900a: 습도조절기, 2900b: 제 1샘플링 포트, 3100: 광학분석기,
3100a: 제 2샘플링 포트.
본 발명은 휘발성 유기 화합물(Volatile Organic Compounds: 이하 VOC 라 약칭함)의 처리를 위한 광반응장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 광반응 필터의 기저체로서 유리질 비드(bead) 또는 펠릿(pellet)을 채택하고, 기저체의 표면에 이산화티타늄 광촉매제를 피복시켜 이들을 충전하여 광반응 필터를 구성하고, 광반응 필터의 광산화 반응이 극대화되도록 중앙에 UV 램프가 배치되고 벽면을 경면 처리한 반응용기가 도입된 유리질 기저체를 이용한 휘발성 유기 화합물 처리용 광반응장치에 관한 것이다.
일반적으로 트리클로로에틸텐(Trichloroethylene: 이하 TCE라 칭함)이나 톨루엔과 같은 VOC 가스는 오존층 파괴를 일으키거나 인체에 침투하였을 경우 발암물질로서 기능한다고 알려져 있다.
이에 따라 상기 VOC 가스의 처리를 위한 다양한 종류의 처리방식이나 장치가 개발되어 왔는데, 상기 VOC 가스에 대한 처리방안으로서 상용화된 것 중 대표적인 것이 광촉매 산화방식이다. 광촉매 산화방식은 특정파장의 빛에 감응하여 활성화됨으로써, VOC 가스를 처리할 수 있는 광촉매제를 사용하는 것으로 일반적으로 고급산화법에 속한다.
이와 같은 고급산화법을 구현하기 위해 사용되는 광촉매제는, 자외선에 반응하여 활성화되며 VOC 가스와 접촉하였을 경우 이를 분해하여 인체에 무해한 성분으로 변경시킬 수 있다고 알려져 있다. 이러한 대표적인 광촉매제로는 TiO2, Fe2O3, ZnO, ZnS, CdS 등을 들 수 있다. 이들 중 특히 이산화티타늄(TiO2)을 사용한 TiO2/UV 반응(조사되는 자외선에 감응하는 이산화티타늄 광촉매제의 반응)은 불균일계(Heterogeneous system) 반응으로서, OH 라디칼을 생성하여 VOC 오염물질을 제거하며 기존의 여타 산화제들 보다 산화력이 월등히 좋고, 반응속도가 매우 빠르며, 거의 모든 유기물과 반응한다.
또한 그 기저체는 재활용이 가능하고, 부식에 대한 안정성 및 생물학적, 화학적 비활성 등의 특징이 있으며, 이와 같은 광산화 기법은 기존의 흡착법 및 화학적 처리법 등에 비해 유기성 오염물질의 완전 분해가 가능하고 2차 오염물질 등을 유발하지 않는다고 보고된 바 있다.
그런데 종래에는 상기 이산화티타늄과 같은 광촉매제를 기저체에 피복하고, 광촉매제가 피복된 기저체를 VOC 가스와 접촉/반응시켜 오염물질을 처리해왔다. 그 리고 분진 여재와 광촉매 기저체로서 주로 이용되는 것이 직물재이다. 이러한 직물재는 VOC 가스의 흡착이 용이하도록 비표면적이 큰 다공질의 구조를 갖고 있고, 광촉매재를 피복하였을 경우 보다 안정적인 피복상태를 유지함이 가능한 특징이 있으며, 표면적이 넓은 구조이기 때문에 보다 많은 양의 광촉매를 피복함이 가능하다.
그러나 VOC 가스를 포함한 배기가스는 보통 고온으로 배기되고 있는 바, 종래 광촉매제의 기저체로 이용되어 왔던 직물재는 앞에서 언급된 특징에도 불구하고, 고온의 배기가스와 접촉하였을 경우 결정구조가 변경되는 등의 용해될 수 있는 소지가 다분하여 반드시 해당 직물재의 내열온도 범위 이내에서 사용해야만 하는 운전의 한계를 안고 있다.
일반적으로 VOC 가스를 함유한 배기가스의 온도는 직물재의 내열온도 범위 이상인 경우가 빈번하기 때문에, 종래 기저체로서 이용되던 직물재에 비해 보다 내열강도가 뛰어나고, 비표면적이 큰 다공성의 기저체 개발이 요구되고 있다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 종래 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 본 발명의 제 1 목적은, 고온에서 자기결정 구조를 보전할 수 있고, VOC 배기가스에 대해 화학적으로 비활성 요건을 충족할 수 있는 유리질 비드 또는 유리질 펠릿 등이 광반응 필터의 기저체로 채택되어 고온의 VOC 배기가스 처리를 안정적으로 구현할 수 있는 유리질 기저체를 이용한 휘발성 유기 화합물 처리용 광반응장치를 제공하는 것이다.
그리고 본 발명의 제 2 목적은, 자외선광이 내부의 수용공간에서 난반사되면 서 광반응 필터에 보다 많은 광량이 제공되도록 벽면을 경면 처리한 반응용기가 도입되므로써, 내부에 충전된 광반응 필터요소의 광반응율을 극대화시킬 수 있는 유리질 기저체를 이용한 휘발성 유기 화합물 처리용 광반응장치를 제공하는 것이다.
이와 같은 본 발명의 목적들은, 20∼40중량%의 규조토와, 20∼40중량%의 제올라이트와, 30∼50중량%의 벤토나이트로 이루어지고, 펠릿 또는 비드 형상을 갖는 기저체와, 자외선광과 광산화 반응하는 이산화티타늄 광촉매제가 상기 기저체의 표면에 피복/형성된 광촉매층을 포함하는 광반응 필터요소; 다수의 상기 광반응 필터요소가 무작위로 내부에 적층/충전되고, 상기 광반응 필터요소의 광산화 반응을 유도하도록 중앙에 높이방향을 따라 배치되는 봉 형상의 UV 램프를 포함하며, 상기 자외선광이 내부에서 난반사되도록 벽면이 경면 처리된 투명 플라스틱으로 이루어지는 원통형 반응용기; 및 병렬 배치되는 다수의 상기 반응용기를 포함하도록 외장되고, 신축건물의 실내공기, 악취가스, 휘발성 유기 화합물 가스가 상기 각 원통형 반응용기의 내부로 순차 또는 동시 유입/통과하여 상기 각 광반응 필터요소에 대한 접촉이 유도될 수 있도록 상기 각 반응용기와 상통하는 입구 및 출구를 포함하는 하우징을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 유리질 기저체를 이용한 휘발성 유기 화합물 처리용 광반응장치에 의하여 달성된다.
여기서 상기 휘발성 유기 화합물 가스가 상기 각 반응용기의 배치순서에 따라 순차적으로 유입/통과될 수 있도록 상기 하우징은, 근접/배치된 상기 각 반응용기의 높이방향 양단을 위치별로 배관/연결하고. 상기 입구 및 출구에 각각 연결되는 제 1연결관 및 제 2연결관을 포함하는 것이 바람직하다.
그리고 상기 휘발성 유기 화합물 가스가 상기 각 반응용기에 높이방향을 따 라 동시 유입/통과될 수 있도록 상기 하우징은, 상기 각 반응용기의 높이방향을 따라 상기 입구로부터 점확되고, 상기 각 반응용기의 수용공간은 일정하며, 상기 출구를 향해 점축되는 구조인 것이 바람직하다.
이 때 상기 기저체는, 유리로 이루어지고, 비드 형상을 갖는 것이 바람직하다.
이 때, 상기 기저체는, 30∼50중량%의 규조토와, 20∼40중량%의 제올라이트와, 20∼40중량%의 게르마늄으로 이루어질 수 있다.
본 발명의 그 밖의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 분명해질 것이다.
이하 본 발명에 따른 유리질 기저체를 이용한 휘발성 유기 화합물 처리용 광반응장치에 관하여 첨부된 도면과 더불어 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 제 1실시예에 따른 유리질 기저체를 이용한 휘발성 유기 화합물 처리용 광반응장치(1000)의 구성도이고, 도 2는 도 1에 도시된 광반응 필터요소(200)의 부분절개 사시도이다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 광반응장치(1000)는, 고온의 VOC 배기가스를 처리함에 있어 열에 의한 변형없이 자기결정구조를 유지할 수 있도록 광반응 필터요소(200)의 기저체(210)로서 유 리질의 비드 또는 펠릿을 도입한 장치이다.
이를 위해 본 발명에 따른 광반응장치(1000)는, 유리질 비드 또는 펠릿을 기저체(210)로 포함하는 광반응 필터요소(200)와, 충전되는 광반응 필터요소(200)의 광산화 반응을 유도하도록 UV 램프(110)가 포함되는 반응용기(100) 및 각 반응용기(100)가 병렬 배치되어 수용되는 하우징(300)을 포함하여 구성된다.
여기서 광반응 필터요소(200)는, 둥근 비드 또는 펠릿 형상을 갖는 유리질의 기저체(210)와, 기저체(210)의 표면에 반투명한 이산화티타늄 광촉매제가 피복되어 형성된 광촉매층(220)으로 이루어진다.
비드 형상의 유리질 기저체(210)는, 투명한 유리로 이루어지는 유리비드(glass bead)이고, 따라서 광촉매층(220)과 더불어 UV 램프(110)의 자외선광 투과가 가능하다. 이에 따라 VOC 가스와 접하게 되었을 경우 보다 풍부한 광량의 자외선광이 제공되는 구조를 마련하기 때문에, 광산화 반응이 보다 원활하게 이루어질 수 있다.
이러한 유리비드 기저체(210)는 고온의 VOC 배기가스와 접하였을 경우에도 자기결정 구조를 그대로 유지할 수 있는 등 내열강도가 비교적 높기 때문에, 일반적으로 산업계에서 배출되는 VOC 배기가스의 처리에 광반응장치(1000)가 범용적으로 사용될 수 있는 구조를 마련한다.
그리고 또다른 펠릿 또는 비드형상의 유리질 기저체(210)는, 광물성 점토로 이루어진 것으로, 자연계에 폭넓게 산재하여 채집이 용이하고, 화학적으로도 기타 성분들과 분리가 용이하다.
본 발명에서는 이와 같은 광물성 점토 기저체(210)를 이루는 것으로서, 내열성 및 펠릿 또는 비드 형상으로의 성형성 및 내구성을 위해 약 20∼40중량%의 규조토, 약 20∼40중량%의 제올라이트, 약 30∼50중량%의 벤토나이트의 성분 및 중량비율과, 약 30∼50중량%의 규조토, 약 20∼40중량%의 제올라이트, 약 20∼40중량%의 게르마늄의 성분 및 중량비율이 예시되고 있다.
이러한 광물성 점토 기저체(210)는, 특히 표면에 미세기공들이 산재한 다공질의 구조를 갖고 있고, 이에 따라 VOC 배기가스의 흡착이 가능하여 보다 많은 양의 VOC 배기가스와 광산화 반응이 이루어질 수 있는 구조를 마련한다. 또한 고온의 VOC 배기가스에 대해 자기 결정구조의 보전이 가능하여 VOC 배기가스의 처리에 광반응장치(1000)가 범용적으로 사용될 수 있는 구조를 마련한다.
이와 같이 서술한 유리비드 또는 점토성 펠릿 또는 비드형상의 기저체(210)는, 앞에서 언급된 바와 같이, 그 표면에 이산화티타늄 광촉매층(220)이 형성되어 광반응 필터요소(200)를 이루게 된다.
그리고 이러한 광반응 필터요소(200)가 무작위로 충전/적층되는 것이 반응용기(100)이다. 반응용기(100)는 원통형상을 이루는 타워형으로, 충전된 광반응 필터요소(200)의 광산화 반응을 위해 내부 중앙에 높이방향을 따라 배치되는 봉 형상의 UV 램프(110)를 포함한다.
이에 따라 광반응 필터요소(200)는, UV 램프(110)의 주변으로, UV 램프(110)의 자외선광이 직사될 수 있는 위치에 배치된다. 이 때 기저체(210)가 유리비드일 경우 자외선광이 기저체(210)를 투과하게 되는데, 따라서 광촉매층(220)에 조사되 는 자외선광이 보다 풍부해질 수 있고, 결국 광산화 반응율이 향상될 수 있는 구조를 마련하게 된다.
그리고 반응용기(100)는 투명한 아크릴로 이루어져 있다. 이에 따라 UV 램프(110)의 자외선광의 투과가 가능한데, 이 때 반응용기(100)의 내벽 또는 외벽은 경면 처리가 되어 있다. 이러한 경면 처리의 벽면 구조는 UV 램프(110)의 자외선광이 그 벽면을 향해 출사될 경우 이를 다시 반사되고, 이러한 반사가 무질서하게 발생되어 결국 난반사를 일으키게 된다. 이와 같은 난반사는 반응용기(100)의 내부에서 진행되므로, 결과적으로 광반응 필터요소(200)에 대해 보다 풍부한 광량을 제공할 수 있는 구조로서 기능하게 된다.
여기서 반응용기(100)는 하우징(300)의 내부에 수용되는데, 다수개가 높이방향을 기준으로 병렬로 배치된다. 하우징(300)은, 각 반응용기(100)에 외부의 VOC 가스를 제공하기 위해 입구(310)가 형성되고, 각 반응용기(100)를 통과하면서 광산화 반응으로 처리된 가스가 배출되기 위해 출구(320)가 형성되는 구조이다.
본 발명에서는 1실시예로서, 병렬 배치된 각 반응용기(100)의 그 배치순서에 따라 순차적으로 VOC 가스가 유입되도록 근접 배치된 각 반응용기(100)의 양단을 연결한 제 1연결관(330) 및 제 2연결관(340)이 하우징(300)에 구비된다. 제 1연결관(330)은 일단이 하우징(300)의 입구(310)에 연결되고, 각 반응용기(100)의 일단 을 거쳐 배관되면서 각 반응용기의 일단에 모두 연결된다. 그리고 그 타단은 하우징(300)의 출구(320)에 연결된다. 이 때 제 1연결관(330)에는 VOC 가스의 유입 및 유출을 중간에서 차단시킬 수 있도록 입구(310) 및 출구(320)에 근접하여 각각 유 입체크밸브(330a) 및 유출체크밸브(330b)가 설치된다.
또한 제 2연결관(340)은 각 반응용기(100)의 타단을 거쳐 배관되면서 각 반응용기(100)의 타단에 모두 연결되며, 이러한 제 2연결관(340)에는 VOC 가스의 흐름을 중간에서 차단할 수 있도록 중간체크밸브(340a)가 설치된다.
이에 따라 입구(310)를 통해 유입된 VOC 가스가 제 1연결관(330)을 통해 입구(310)와 근접한 첫번째 반응용기(100)로 유입/통과한다. 이후 제 2연결관(340)을 통해 배출되어 두번째 반응용기(100)로 유입되어 첫번째 반응용기(100)와는 상반된 방향으로 통과하고, 다시 제 1연결관(330)을 통해 세번째 반응용기(100)로 유입/통과하는 등 각 연결관(330,340)이 구비되어 입구(310)를 통해 유입된 VOC 가스가 각 반응용기(100)의 배치순서를 따라 각 반응용기(100)를 통과하고 출구(320)를 통해 배출되는 등의 직렬식 가스처리 구조가 마련된다.
본 발명에서는 4개의 반응용기(100)가 예시되고 있는 바, 제 1연결관(330)의 양단에 하우징(300)의 입구(310) 및 출구(320)가 모두 연결되지만 이외에, 홀수개의 반응용기(100)가 구비될 경우에는 출구(320)는 제 2연결관(340)의 타단에 연결되는 구조로 변경하여 사용할 수 있다.
도 3은 도 1에 도시된 광반응장치(1000)의 성능분석을 위한 광반응 시스템의 구성도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 대표적인 VOC 가스인 TCE 및 톨루엔의 혼합가스를 본 발명에 따른 광반응장치(1000)로 처리하고 이러한 처리능력을 광학적으로 분석하기 위한 광반응 시스템이 예시되고 있다.
광반응 시스템에는, TCE 및 톨루엔 혼합가스, 공기, 공기로 희석된 TCE 및 톨루엔 혼합가스가 각각 흐르는 3개의 배관라인이 구비되고, 각 배관라인은 모두 믹싱챔버(2900)로 연결되어 있다. 이 중 공기로 희석된 TCE 및 톨루엔 혼합가스가 흘러나오는 배관라인에 본 발명에 따른 광반응장치(1000)에 연결되어 있다.
광반응장치(1000)의 반응용기(100)는 높이 약 80cm, 직경 약 10cm 정도의 타워형 원통 용기이고, 투명한 아크릴로 제작하였다. 그리고 외벽면에 경면 처리를 하여 내부에 배치된 UV 램프(110)의 자외선광이 투명한 벽체를 투과하고 경면에 접사되고 다시 내부로 반사되는 구조를 갖는다.
그리고 UV 램프(110)로서, 436mm의 파장을 갖는 BLB(black light blue) 타입의 램프를 사용하였다.
또한 반투명한 액상의 이산화티타늄 광촉매제에 본 발명에 따른 기저체(210)를 담지/피복하고, 건조기(미도시)에서 약 150℃ 정도까지 가열하고 약 24시간 정도 건조시켜 광반응 필터요소(200)를 제조하였다. 그리고 다수의 광반응 필터요소(200)를 반응용기(100) 내에 무작위로 적층/충전하고, 광반응 시스템에 연결하였다.
이러한 광반응 시스템에서, TCE 및 톨루엔으로 이루어진 초기의 혼합가스는 봄베(2100)에 담겨있고, 봄베(2100)는 믹싱챔버(2900)에 연결되어 있다. 그 중간에는 혼합가스의 유량을 조절하기 위한 제 1체크밸브(2800a)가 설치되어 있다.
그리고 공기를 압축하기 위한 공기 압축기(2200)가 별도의 배관라인에 연결되고, 공기압축기(2200)에는 공기의 유량을 체크하기 위해 질량유량 체크박스(2300)가 연결되어 있다. 그리고 공기 압축기(2200)에는 수분제거를 위해 흡습제로서 실리카겔이 담긴 흡습기(2400), 공압이 일정하도록 조절하는 공압 레귤레이터(2500), 질량유량을 조절하기 위한 질량유량 조절기(2600)가 차례대로 연결되어 있다.
또한 질랑유량 조절기(2600)에는 공기에 내포된 이물질 등을 제거하기 위해 공기 임핀저(2700)가 연결되고, 공기 임핀저(2700)는 믹싱챔버(2900)에 연결되고 그 중간에는 제 2체크밸브(2800b)가 설치되어 있다. 이에 따라 TCE 및 톨루엔으로 이루어진 초기의 혼합가스와 공기 임핀저(2700)로부터 유입되는 공기가 믹싱챔버(2900)에서 만나 혼합/희석된다.
이 때 믹싱챔버(2900)에는 혼합되는 TCE 및 톨루엔 가스와 공기의 습도를 일정하게 조절하기 위한 습도 조절기(2900a)가 연결되어 있다.
그리고 믹싱챔버(2900)에 광반응장치(1000)가 배관되므로써, 혼합/희석된 TCE 및 톨루엔 혼합가스가 광반응장치(1000)로 유입되고, 각 연결관(330,340)을 통해 반응용기(100)의 배치순서에 따라 반응용기(100) 내의 광반응 필터요소(200)를 통과하면서 광산화 반응에 의해 그 유기물이 분해 처리되는 구조가 마련된다.
이 때 믹싱챔버(2900)와 광반응장치(1000)의 배관라인에는 제 1샘플링 포트(2900b)가 설치되어 있다. 또한 광반응장치(1000)의 출구(320)는 제 2샘플링 포트(3100a)에 배관되어 있고, 제 2샘플링 포트(3100a)에는 광반응장치(1000)에서 처리된 가스가 포함되어 있게 된다.
그리고 제 2샘플링 포트(3100a)에는 처리된 가스를 광학적으로 분석하기 위한 광학분석기(3100)가 연결되어 있다. 이에 따라 광학분석기(3100)에서 처리된 가 스를 분석하고, 제 1샘플링 포트(2900b)에서 채집된 분석 이전의 가스와 비교하여 오염물질의 처리율을 알아낼 수 있는 구조가 마련된다.
도 4는 도 3에 도시된 광반응 시스템의 작동을 통해 본 발명에 따른 기저체(210)의 각 성분별 톨루엔 증기의 제거효율을 나타내는 그래프도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 앞서 설명된 광반응 시스템의 유기 오염물질 처리구조를 통해 수득한 결과를 분단위의 자외선광 조사시간을 X축으로 하고, 백분율 단위의 오염물질 감소율을 Y축으로 하여 나타내고 있다.
이 때 기저체(210)를 이루는 성분별로 광반응 필터요소(200)를 제작하고, 이에 기초하여 구분 측정하였다. 아래의 표 1은 기저체(210)에 관한 각 비교예를 성분별로 기재한 것이다. 여기서 비교예 1,2,3은 본 발명에 따른 유리비드, 2종의 유리질 점토성 펠릿에 해당되고, 비교예 4는 일반적인 유기점토에 해당된다.
| 구 분 | 구성요소의 성분 |
| 비교예 1 | 유리비드 |
| 비교예 2 | 규조토(30중량%), 제올라이트(30중량%), 벤토나이트(40중량%) |
| 비교예 3 | 규조토(40중량%), 제올라이트(30중량), 게르마늄(30중량%) |
| 비교예 4 | 유기점토 |
이러한 각 비교예는 도 4의 그래프에서, 비교예 1이 원으로 표시되고, 비교예 2는 마름모로 표시되고, 비교예 3은 사각으로 표시되고 있다. 그리고 비교예 4 는 삼각으로 표시되고 있다.
총 250분 정도의 자외선광 조사시간 동안 TCE/톨루엔 혼합가스를 처리하였을 경우 그 오염물질의 감소율은, 비교예 1인 유리비드의 기저체(210)가 가장 높고, 그 다음으로 비교예 3, 비교예 2, 비교예 4 순서를 이룬다. 특히 비교예 1인 유리비드의 기저체(210)는 여타 각 비교예에 비해 월등하게 높은 오염물질 감소율을 보이고 있다. 이는 유리비드의 기저체(210) 특성상 자외선광을 투과하기 때문에, 보다 풍부한 광량의 자외선광이 기저체(210)의 표면에 형성된 광촉매층(220)에 가해지기 때문이다.
그리고 본 발명에 따른 광물성 점토 유리질 기저체(210)인 비교예 2와 비교예 3도 일반적인 유기점토와 비교할 때 상대적으로 우위의 오염물질 감소율을 보이고 있다.
도 5는 도 3에 도시된 광반응 시스템의 작동을 통해 본 발명에 따른 기저체(210)의 각 성분별 톨루엔 증기의 제거효율을 반응용기(100)의 경면처리 전/후로 구분하여 나타내는 그래프도이다. 도 5에 도시된 바와 같이, X축은 분단위의 자외선광 조사시간을 나타내고 있고, Y축은 백분율 단위의 오염물질 감소율을 나타내고 있다.
각 기저체(210)의 성분을 기초로 구분된 2개의 비교예가 아래 표 2에 기재되어 있다.
| 구 분 | 구성요소의 성분 |
| 비교예 1 | 유리비드 |
| 비교예 2 | 규조토(30중량%), 제올라이트(30중량%), 벤토나이트(40중량%) |
각 비교예는 모두 본 발명에 속하는 성분을 갖고 있는 것으로, 비교예 1은 유리비드 기저체(210)이고, 비교예 2는 광물성 점토의 유리질 펠릿 기저체(210)이다.
이러한 각 비교예의 기저체(210)에는 그 표면에 이산화티타늄 광촉매제층이 형성되고 광반응 필터요소(200)를 이루게 된다. 그리고 경면 처리 이전의 반응용기(100)에 충전한 뒤 광산화 반응으로 TCE/톨루엔 혼합가스를 처리시킨다.
그리고 경면 처리 이후의 반응용기(100)에 충전되고, 광산화 반응으로 TCE/톨루엔 혼합가스를 처리시킨다.
이와 같이 경면 처리 이전/이후로 구분하여 TCE/톨루엔 혼합가스를 처리하였을 경우 그리고 오염물질의 감소율을 비교하였을 경우, 그래프에서 원으로 표시된 비교예 1에 관한 감소율이 가장 높다.
특히 경면 처리된 반응용기(100)를 사용하여 처리한 결과의 비교에 1은 검게 마킹된 원으로 표시되었는데, 여백이 있는 원 표시의 비교예 1 즉 경면 처리되기 이전의 반응용기(100)를 사용하여 실시한 오염물질 처리결과와 비교할 때 경면 처리된 반응용기(100)의 사용시 보다 큰 오염물질 감소율을 보이고 있다.
또한 그래프에서 검게 마킹된 마름모는 경면 처리된 반응용기(100)에, 비교 예 2에 해당되는 광반응 필터요소(200)를 충전하고 사용한 처리결과이고, 여백이 있는 마름모는 경면 처리되기 이전의 반응용기(100)에, 비교예 2에 해당되는 광반응 필터요소(200)를 충전하고 사용한 처리결과이다. 전반적으로 비교예 1에 해당되는 감소율보다는 상대적으로 낮게 나타나고 있다.
그런데 여기서도 경면 처리된 반응용기(100)를 사용하였을 경우에, 보다 큰 오염물질 감소율을 보이고 있다.
이와 같이 반응용기(100)에 경면 처리가 되어 있을 경우 중앙에 배치되는 UV 램프(110)의 자외선광이 반응용기(100)의 내부에서 난반사를 일으키게 되기 때문에, 보다 풍부한 광량의 자외선광이 광반응 필터요소(200)에 가해질 수 있으며, 이에 따라 광산화 반응이 보다 활성화되어 TCE/톨루엔 가스의 처리율을 향상시킬 수 있는 구조를 마련한다.
도 6은 본 발명의 제 2실시예에 따른 광반응장치(1000)의 구성도이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 반응용기(100)가 내포된 하우징(300)은 입구(310)로부터 점확되고 반응용기(100)가 담긴 수용공간에 이르러 일정하다가 출구(320)까지 점축되는 구조를 갖고 있다.
그리고 각 반응용기(100)는 이러한 하우징(300)의 길이방향 즉, VOC 가스가 흐르는 방향을 따라 배치되고, 6개로 예시된 각 반응용기(100)는 서로 병렬 배치된다. 이에 따라 각 반응용기(100)에는 하우징(300)의 입구(310)로부터 유입된 VOC 가스가 거의 동시에 각 반응용기(100)로 유입/통과되고, 각 반응용기(100)에 충전된 광반응 필터요소(200)의 광산화 반응에 의해 유기물이 분해 처리될 수 있는 구 조가 마련된다.
이상과 같은 본 발명에 따른 유리질 기저체를 이용한 휘발성 유기 화합물 처리용 광반응장치(1000)에서, 하우징(300)에 포함되는 각 반응용기(100)의 개수가 4개 또는 6개로 예시되고 있지만 이외에, 본 발명에 따른 광반응장치(1000)의 적용시설의 VOC 배기가스의 배출량에 따라 그 개수를 늘려 사용할 수 있음은 물론이다.
아울러 반응용기(100)의 형상으로서 원통의 타워형 용기구조를 예시하고 있지만 이외에, 사각 타워형 용기구조 등으로 대체하여 사용할 수 있다.
또한 반응용기(100)의 경면 처리부위가 외벽면으로 예시하고 있는데 이외에, 내벽면으로 변경하여 사용할 수 있음은 물론이다.
그리고 유리비드, 점토성 유리질 비드 또는 펠릿 등으로 기저체(210)의 재질을 예시하고 있지만 이외에, 본 발명에서 언급하고 있는 유리질 성분의 기저체(210)에는 유리질이 주성분인 다양한 광물성 재료를 포함할 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명에 따른 유리질 기저체를 이용한 휘발성 유기 화합물 처리용 광반응장치에 의하면, 고온의 VOC 배기가스에 대해 내열강도가 큰 기저체를 도입함으로써, 결정구조가 변화됨이 없이 장기간 오염물질의 처리에 사용할 수 있는 특징이 있다.
또한 유리비드와 같이 자외선광의 투과율이 높은 기저체의 도입과 벽면이 경면 처리된 반응용기의 도입으로, 광촉매층에 대한 자외선광의 접사율을 대폭적으로 향상시킬 수 있기 때문에, 광산화 반응이 보다 활성화되고 이에 따라 유기성 오염 물질의 처리율을 대폭적으로 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허청구의 범위는 본 발명의 요지에 속하는 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.
Claims (6)
- 20∼40중량%의 규조토와, 20∼40중량%의 제올라이트와, 30∼50중량%의 벤토나이트로 이루어지고, 펠릿 또는 비드 형상을 갖는 기저체(210)와, 자외선광과 광산화 반응하는 이산화티타늄 광촉매제가 상기 기저체(210)의 표면에 피복/형성된 광촉매층(220)을 포함하는 광반응 필터요소(200);다수의 상기 광반응 필터요소(200)가 무작위로 내부에 충전/적층되고, 상기 광반응 필터요소(200)의 광산화 반응을 유도하도록 중앙에 높이방향을 따라 배치되는 봉 형상의 UV 램프(110)를 포함하며, 상기 자외선광이 내부로 반사되도록 벽면이 경면 처리된 투명 플라스틱으로 이루어지는 원통형 반응용기(100); 및병렬 배치되는 다수의 상기 반응용기(100)를 포함하도록 외장되고, 신축건물의 실내공기, 악취가스, 휘발성 유기 화합물 가스가 상기 각 반응용기(100)의 내부로 순차 또는 동시 유입/통과하여 상기 각 광반응 필터요소(200)에 대한 접촉이 유도될 수 있도록 상기 각 반응용기(100)와 상통하는 입구(310) 및 출구(320)를 포함하는 하우징(300);을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 유리질 기저체를 이용한 휘발성 유기 화합물 처리용 광반응장치.
- 제 1항에 있어서, 상기 휘발성 유기 화합물 가스가 상기 각 반응용기(100)의 배치순서에 따라 순차적으로 유입/통과될 수 있도록 상기 하우징(300)은, 근접/배치된 상기 각 반응용기(100)의 높이방향 양단을 위치별로 배관/연결하고. 상기 입구(310) 및 출구(320)에 연결되는 제 1연결관(330) 및 제 2연결관(340)을 포함하는 것을 특징으로 하는 유리질 기저체를 이용한 휘발성 유기 화합물 처리용 광반응장치.
- 제 1항에 있어서, 상기 휘발성 유기 화합물 가스가 상기 각 반응용기(100)에 높이방향을 따라 동시 유입/통과될 수 있도록 상기 하우징(300)은, 상기 각 반응용기(100)의 높이방향을 따라 상기 입구(310)로부터 점확되고, 상기 각 반응용기(100)의 수용공간은 일정하며, 상기 출구(320)를 향해 점축되는 구조인 것을 특징으로 하는 유리질 기저체를 이용한 휘발성 유기 화합물 처리용 광반응장치.
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- 30∼50중량%의 규조토와, 20∼40중량%의 제올라이트와, 20∼40중량%의 게르마늄으로 이루어지고, 펠릿 또는 비드 형상을 갖는 기저체(210)와, 자외선광과 광산화 반응하는 이산화티타늄 광촉매제가 상기 기저체(210)의 표면에 피복/형성된 광촉매층(220)을 포함하는 광반응 필터요소(200);다수의 상기 광반응 필터요소(200)가 무작위로 내부에 충전/적층되고, 상기 광반응 필터요소(200)의 광산화 반응을 유도하도록 중앙에 높이방향을 따라 배치되는 봉 형상의 UV 램프(110)를 포함하며, 상기 자외선광이 내부로 반사되도록 벽면이 경면 처리된 투명 플라스틱으로 이루어지는 원통형 반응용기(100); 및병렬 배치되는 다수의 상기 반응용기(100)를 포함하도록 외장되고, 휘발성 유기 화합물 가스가 상기 각 반응용기(100)의 내부로 순차 또는 동시 유입/통과하여 상기 각 광반응 필터요소(200)에 대한 접촉이 유도될 수 있도록 상기 각 반응용기(100)와 상통하는 입구(310) 및 출구(320)를 포함하는 하우징(300)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 유리질 기저체를 이용한 휘발성 유기 화합물 처리용 광반응장치.
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| KR1020040002823A KR100574446B1 (ko) | 2004-01-15 | 2004-01-15 | 유리질 기저체를 이용한 휘발성 유기 화합물 처리용 광반응장치 |
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