KR102058270B1 - 잔류염소를 효과적으로 제거하는 정제수 제조시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 본 발명의 제약 및 반도체에 정제수 제조장치(Pure Water Producing Device)의 전처리시스템에 사용되는 장치중 잔류염소는 제거하기 위한 활성탄 흡착조(Activated Carbon Absorption Facilities)를 대신하여 자외선램프를 사용하는 것이다. 정제수 제조시스템에서 잔류염소(Residual Chlorine: HOCl & OCl-)는 정제수 제조설비중 RO Membrane 및 EDI Ion Exchange Resin에 손상을 주기 때문에 제거 하여야 한다. 활성탄 흡착조를 자외선램프로 교체할 경우 다음과 같은 장점을 가진다. 우선 활성탄 흡착조 대비 가격경쟁력 확보가 가능하다. 또한 역세과장에서 발생하는 용수절감하고 장치의 설치면적의 최소화한다. 활상탄 흡착조는 Vessel에 비하여 펌프 악력손실수두 최소화하고 정제수 시스템 초반에 UV살균을 실시함에 따른 미생물 오염원 최소화하는 장점을 가진다. 기존의 활성탄 흡착조보다 효과적인 기능을 유지하기 위하여 다양한 방법으로 촉매의 합성방법과 자외선램프를 보호하는 석영관에 외부표면에 코팅하였다. 분석은 램프 표면의 TiO2 코팅 횟수에 따른 SEM사진을 확인하고 Aging time에 따른 XRD 이미지 Peak 분석과 촉매의 소성 시간별 BET 측정결과를 검토하고 인위적인 대상물질에 대한 흡광도 분석결과를 확인하고 CODCr 분석을 실시하여 방법으로 검증하여 정제수 시스템에 최적의 잔류염소제거 및 광축매 반응에 의한 유기물 분해 효과를 얻을 수 있었다.
Description
본 발명의 제약 및 반도체에 정제수 제조장치(Pure Water Producing Device)의 전처리시스템에 사용되는 장치중 잔류엽소는 제거하기 위한 활성탄 흡착조(Activated Carbon Absorption Facilities)를 대신하여 자외선램프(Ultraviolet Lamp)를 사용하는 것이다. 정제수 제조시스템에서 잔류염소(Residual Chlorine: HOCl & OCl-)는 정제수 제조설비중 RO Membrane 및 EDI Ion Exchange Resin에 손상을 주기 때문에 제거 하여야 한다. 주로 잔류염소를 제거하기 위하여 활성탄 흡착조(Activated Carbon Absorption Facilities)를 설치하여 운영하고 있다. 활상탄 흡착조는 Vessel과 Valve 등의 부속적인 장치가 추가되며, 일정시간 경과 후 역세과정을 통하여 용수가 소모된다. 또한, 역세과정에서 활성탄 입자가 파쇄 되어 후단의 Micro Filter에 누적되는 현상이 발생한다.
활성탄 흡착조를 자외선램프로 교체할 경우 다음과 같은 장점을 가진다. 우선 활성탄 흡착조 대비 가격경쟁력 확보가 가능하다. 또한 역세과장에서 발생하는 용수절감하고 장치의 설치면적의 최소화한다. 활상탄 흡착조는 Vessel에 비하여 펌프 악력손실수두 최소화하고 정제수 시스템 초반에 UV살균을 실시함에 따른 미생물 오염원 최소화하는 장점을 가진다.
자외선은 강한 산화력으로 인해 잔류염소를 분해한다. 염소는 연한 녹색의 기체로서 10℃의 물에서 0.9927g/100g 녹고 90℃에서 0.127g/100g 녹는다. 염소는 물과 반응하여 Cl- HOCl, OCl-를 생성한다. 잔류염소는 HOCl, OCl-의 합을 의미하며, HOCl은 OCl-에 비해 약 80배의 살균력을 갖는데 그 이유로는 OCl-가 갖는 이온의 전하보다 HOCl 이온의 전하가 낮기 때문에 세포막을 쉽게 통과하여 살균 효과를 나타내기 때문이다. 즉, 효과적인 염소 소독을 하기 위해서는 낮은 pH와 높은 온도, 긴 접촉 시간을 요구한다. 잔류염소는 염소를 투입한 후 30분 후에 잔류하는 염소의 양이며 ppm단위로 그 농도 를 표시한다. 염소는 유리염소(HOCl)나 차아염소산 (ClO- : Ca(OCl)2, NaOCl )의 형태로 사용이 되며 어느 형태나 강력한 산화제로 작용하나 부수적인 반응으로 급속히 자신을 소비해버리며 염소 요구량 이상의 염소가 가해질 때까지 살균작용을 제대로 하지 못하는 경우가 많다. 결합형 염소로는 Ammonia chloramine과 유기성 chloramine이 있는데, 소독 효과는 유리형이 결합형보다 높다. 수중에 암모니아가 함유되어 있으면 HOCl과 반응하여 NH 2Cl + HOCl NCl 3 + H2O chloramine을 생성하고 이로 인하여 염소가 소모된다.
현재까지 일반적으로 사용되는 수처리 기술을 대별해보면 미생물을 이용한 생물학적 처리기술과 여과, 응집, 침전 또는 흡착 등의 물리화학적 처리기술로 나눌 수 있다. 그러나 이러한 기술들은 많은 양의 슬러지가 생성되거나 고가의 설비투자 또는 다량의 약품사용으로 인하여 설비비나 운전비가 비싸다. 또한 생물학적 처리의 경우 난분해성 물질의 제거가 매우 어렵다. 따라서 이러한 문제들을 극복하기 위한 새로운 수처리 기술의 개발이 필요하며 이와 같은 관점에서 고도산화처리기술에 대한 많은 연구가 이루어지고 있다. 고도산화처리기술은 보통의 산화공정에서 사용되는 산화제보다 더욱 강력한 산화력을 가지는 OH 라디칼(산화전위차 : 2.8V)을 반응 중에 생성시켜 이 라디칼이 물에 함유되어 있는 유기화합물을 CO2와 H2O 등의 무해한 화합물로 분해시키는 기술을 말한다. 이러한 기술로는 오존이나 과산화수소에다 UV를 조사하는 방법, 철염(Ⅱ)과 과산화수소를 사용하는 펜톤 산화법 그리고 TiO2등 반도체 금속산화물과 UV를 이용한 광산화 기술 등이 있다. 자외선이 매체에 조사되면 일차적으로 매체에 의해 흡수되어 그 분자나 원자를 자극시킨다. 이 자극에 필요한 에너지는 파장 200-800nm의 가시광선 및 자외선 영역의 약 1.5-2.6 eV인데 이는 여러 종류의 분자결합을 깨뜨리는데 충분한 에너지이다. 이 자외선에 의해 자극을 받는 분자나 원자는 깨어지기 쉬운 상태로 바뀌게 된다. 자외선의 발생원은 주로 수은 저압 및 수은 고압램프가 사용되는데, 수은 저압램프는 파장이 254nm인 UV가 주로 발생되는 반면, 수은 고압램프는 광범위한 스팩트럼의 자외선을 발생한다. 또한 <표 1>에 제시된 것처럼 UV 램프는 파장의 범위에 따라 그 사용용도와 특징을 설명한 표이다.
| wavelengths range |
UV source | capacity | wavelengths | UV system |
| 170-190nm | Xe-Excimer | 1.5kw | 172nm | UV |
| 190-230nm | KrCl-Excimer | 1.5kw | 222nm | UV/H2O2 |
| MP Hg Arc | 1-10kw | 190-230nm | UV/H2O2 | |
| 230-280nm | LP Hg Arc | 15-20w | 254nm | UV/H2O2 O3/UV |
| MP Hg Arc | 1-10kw | 190-230nm | UV/H2O2 | |
| <380nm | MP Hg Arc | 1-10kw | <380nm | UV/TiO2 |
TiO2 등 광촉매와 UV에 의한 광산화 반응의 메커니즘은 복잡한 라디칼반응을 수반하므로 아직까지도 반응경로가 분명히 밝혀지지는 않고 있으나 현재까지 일반적으로 받아들여지고 있는 반응 메커니즘은 Fig.1 과 같다. TiO2와 같은 반도체 금속 산화물들은 고유한 Bandgap 에너지(Eg)보다 큰 에너지를 받게 되면 valence band의 전자(e-)가 여기(excite)되어 conduction band로 전이되고 valence band에는 양공(h+)이 생성되어 이들이 TiO2 입자의 표면으로 이동하게 된다(Fig. 2.3). 이때 TiO2 입자 표면에 있는 물이나 OH- 등과 양공이 반응하여 OH 라디칼을 생성하게 되고 이들이 입자 표면에 흡착되어 있는 유기물을 산화하여 CO2와 H2O 등의 무해한 물질로 분해한다. TiO2의 경우 bandgap은 약 3.2 eV이며 태양광 중에서 이보다 큰 에너지를 갖는 전자기 복사선 파장은 400nm 이하인 것으로 알려져 있다.
TiO2는 가격이 싸며 거의 모든 조건에서 녹지 않고 광학적으로 안정하며 생물학적으로도 안정하다는 장점을 가지고 있기 때문에 유해유기물질의 완전분해를 위한 광촉매로 널리 사용되고 있다. TiO2는 루티일(rutile)과 아나타즈(anatase)의 2가지 결정구조를 가지고 있다. 아나타즈가 루티일보다 약간 더 큰 bandgab 에너지를 가지나(각각 3.23eV, 3.02 eV) 광촉매 효율은 아나타즈가 루티일보다 더 좋은 경우가 많다. 루티일 표면에서는 빠르게 전자와 양공이 재결합 반응(e- CB + h+ VB → heat)을 하게된다. 그렇기 때문에 OH 라디칼을 생성해야 될 전자와 양공이 아나타즈의 구조보다 적어지게 되고, 광분해 효율은 낮아지게 된다.
일반적으로 불균일계 광촉매반응에 있어서는 고체 반도체 물질이 촉매로 이용되는 경우가 많으며, 기존의 불균일계 촉매반응과는 다른 특성을 나타낸다. 불균일 촉매의 활성은 표면적에 비례하는 것이 보통이지만 광촉매의 활성은 표면적에 큰 영향을 받지 않는 것으로 보고되고 있다. 또한, 광촉매로 이용되는 반도체 물질은 그 결정구조에 따라 서로 활성의 차이가 크게 나는 것으로 보고되고 있으며, 대표적인 광촉매인 TiO2의 경우 아나타즈 구조가 루티일 구조보다 활성이 뛰어난 것으로 보고되고 있다. 또 다른 한편, 두 가지의 구조가 섞여 있는 TiO2가 높은 활성을 보여준다는 연구 결과도 발표되고 있다. 그리고 각종 난분해성 유기물의 광분해 반응은 1차 반응속도 식을 가지고 Langmuir- Hinshelwood 반응기구로 진행되며 OH 라디칼이 생성되는 단계가 반응유속단계라고 보고되고 있다.
현재까지 발표된 여러 가지 유기물의 광촉매 분해 실험의 결과에 의하면 단일결합의 유기물보다 이중결합의 유기물이 잘 분해되는 것으로 알려져 있으며, 반응계에 산화제를 첨가하거나 전이금속을 광촉매에 도핑 하였을 경우에 광촉매반응의 효율이 증가하는 것으로 보고되고 있다. 그리고 광촉매에 의한 각종 유기물의 광분해 반응에서 반응 메커니즘과 반응속도식 등의 기초연구 이외에도 광촉매 반응을 상용화하기 위해 고정화시킨 광촉매를 이용하여 유기물의 분해반응을 연구한 결과도 많이 발표되고 있다.
과산화수소는 유독성의 반응 부산물 생성 없이 넓은 pH 영역에 걸쳐 유기 화합물질을 분해시킬 수 있는 높은 반응성을 지니고 있다. 또한 과산화수소는 오존에 비하여 비교적 안정한 산화제로 알려져 있다. SO4 2-와 같은 무기 이온과 티오황산염 산화에 대한 연구도 보고되어지고 있다. 그러나 촉매가 없는 경우에는, 페놀 또는 방향족 화합물 등의 산화에는 효과가 없는 것으로 알려져 있다.
자외선은 저농도의 유기물이 존재하는 경우, 해당 유기물질을 분해 할 수 있는 방법이지만 단독으로 사용하는 경우가 처리효율이 극히 낮다. 그러나 과산화수소 또는 오존과 병행하는 경우에는 우수한 유기물 분해능을 보인다고 보고하고 있다. 자외선과 과산화수소에 의한 유기물분해 메커니즘은 자외선과 오존에 의한 분해 메커니즘과 유사하다. 자외선은 과산화수소의 분해를 촉진하여 OH 라디칼 생성 효율을 증가시킨다. 생성된 반응성이 강한 OH 라디칼은 다양한 종류의 유기물과 반응하여 최종적으로 유기물을 CO2와 H2O로 분해시킨다. 자외선과 과산화수소 또는 자외선과 오존의 조합은 자외선 또는 오존을 단독으로 사용하는 경우보다 더욱 빠른 반응속도를 나타낸다. 또한 완전분해의 측면에 있어서도 자외선 또는 오존을 단독으로 사용하는 경우보다 더욱 우수하여 최종 부산물로 H2O, CO2, acetic acid, oxalic acid와 같은 저분자 화합물을 생성한다.
광분해는 1몰의 photon으로 2몰의 OH 라디칼을 생성하는 것으로 알려져 있다. 과산화수소는 도 2에서와 같이 유기물과 일련의 반응을 거치며 경우에 따라서 OH 라디칼이 서로 재결합하여 과산화수소를 재생산하는 경우도 있다.
광산화기술은 2차 오염을 유발하지 않는 태양광에너지를 사용할 수 있다는 점과 슬러지가 발생하지 않는 점, 그리고 특히 대부분이 생물학적으로 난분해성 물질인 유기염소 화합물에 대한 광분해 효과가 높아 1980년대 후반 들어 선진국에서는 이에 대한 연구가 매우 활발히 진행되고 있다. 현재까지 보고된 연구대상 물질로는 주로 trichloroethylene(TCE), tetrachloroethylene(PCE) 또는 chloroform과 같은 비교적 간단한 유기염소계 화합물의 분해에 관한 연구가 많이 이루어졌다. 그 외에도 질소화합물이나 phenol 화합물에 대해서도 많은 연구가 수행되었다. 또한 제초제, 살충제, PCB 등의 독성을 저감시키는 연구와 함께 계면활성제의 분해연구도 활발히 수행되었고, 최근에는 정수과정에서 박테리아를 살균하는 효과에 관해서도 보고된 바 있다.
광촉매 반응에 의한 유기물의 분해과정에서 전체반응에 영향을 미치는 인자들로는 반응용액 중의 유기물의 농도, 반응온도, 반응시간, 반응액의 pH, 산화제 및 촉매의 첨가량 등이 있다. 일반적으로 수중에 있는 오염물의 처리에 있어서는 오염물의 초기농도가 중요한 요소로 작용하게 된다. 초기 농도가 증가할수록 분해속도는 감소하는 것이 일반적인 예이다. 따라서 광촉매 반응은 Langmuri-Hinshelwood kinetics를 따르는 것으로 알려져 있다.
광촉매 반응에 의한 유기물질의 분해반응에서 반응온도의 증가에 따라 반응속도가 증가한다고 보고되고 있다. 또한 광촉매반응에 의한 실험에서 높은 온도는 수소가 산화되어 물로 되는 역반응이 잘 진행되기 때문에 온도가 높아지면 오히려 반응속도가 떨어진다는 주장도 있다.
광촉매 반응에 있어서 그 반응물질에 따라 pH의 영향이 각각 다르게 나타나기도 한다. 용액의 pH에 따라 촉매의 표면전하가 변화할 수 있다. 예로 TiO2의 경우 등전점(point of zero charge)에서의 pH가 약 6 정도이므로 반응액이 산성일 경우에는 촉매표면이 양전하를 띠고, 반면에 반응액이 염기성이면 촉매표면이 음전하를 띠게 되므로 이온성 반응물의 흡착에도 어느 정도 영향을 미칠 수 있다. 광촉매에 의한 유기물의 분해과정에서 중요한 역할을 하는 것으로 알려진 OH 라디칼은 OH- 이온이 양공과 반응하여 생성할 수 있다고 보고된다. 이와 같이 OH- 이온의 농도 증가에 따라 반응속도가 증가하는 현상은 광촉매에 의한 chlorophenol, CHCl3 등의 분해반응에서도 나타난다. 그리고 반응물이 용액 중에서 이온화될 경우 광분해 반응속도에 대한 pH의 영향이 크게 나타나는 것으로 알려져 있다.
촉매의 양을 증가시킴에 따라 반응속도도 증가하다가 일정 수준의 촉매양 이상에서는 더 이상의 반응속도 증가를 나타내지 않는 것으로 보고되고 있다. 즉 광촉매가 광에너지를 완전히 흡수할 수 있을 때까지는 촉매양의 증가에 따라 반응속도도 증가하지만 그 이상의 촉매양 증가에 의해서는 반응속도의 증가 효과를 볼 수 없게 된다. 오히려 지나치게 많은 촉매는 용액 내에서 빛의 투과를 방해할 수 있다.
산소 또는 다른 산화제를 첨가함으로써 반응속도나 효율이 크게 증가한다고 알려져 있다. 일부연구에서는 산소와 같은 산화제를 첨가하지 않을 경우에는 반응이 거의 일어나지 않음을 보고하였다. 산소는 광에너지에 의해 생성된 전도대(conduction band)의 전자와 결합하여 전자와 정공의 재결합을 방지하여 반응 효율을 증가시킨다. 그리고 이때 산소와 전자의 결합에 의해 superoxid ion(O2 -)이 생성되며 이것은 다시 몇 단계 반응을 거쳐 OH 라디칼을 형성하는 것으로 알려져 있다. 자연수에는 알칼리도를 유발하는 탄산이온(CO3 -2)과 중탄산이온(HCO3 -)이 존재하는데, 이들 이온들은 OH 라디칼을 트랩하는 스케빈져로 작용한다고 한다. 라디칼 스케빈져 작용을 하는 식은 아래와 같다.
본 고안은 정제수 제조장치의 구성품 변경우로 많은 장점과 효과를 도모하는데 의미를 가진다. 기존의 활성탄 흡착조를 대신하여 자외선 소독을 실시하여 미생물을 제거하는 목작을 가진다. 이 경우 활성탄흡착조에서와 동등한 잔류염소제거가 이루어 저야 하며 자외선이 정제수의 수질에 영향을 주지 않아야 하다. 그러기 위해서는 다양한 실험이 필요하고 이들 결과물에 대한 검증이 실시되어야 한다. 또한, 광촉매(TiO2)에 따른 유기물제거 효과를 얻어야 하며 촉매코팅 방법 및 코팅결과를 다양환 분석법에 의하여 확인하여야 한다.
기존의 활성탄 흡착조보다 효과적인 기능을 유지하기 위하여 다양한 방법으로 실험 및 분석하여 검증해 나가야 한다. 특히 촉매의 합성방법과 자외선램프를 보호하는 석영관에 외부표면에 코팅하여야 하며 수중에서 촉매입자가 탈리되지 않아야 한다. 또한, 비교적 저렴한 가격으로 촉매코팅이 이루어 저야 한다. 분석은 램프 표면의 TiO2 코팅 횟수에 따른 SEM사진을 확인하고 Aging time에 따른 XRD 이미지 Peak 분석과 촉매의 소성 시간별 BET 측정결과를 검토하고 인위적인 대상물질에 대한 흡광도 분석결과를 확인하고 CODCr 분석을 실시하여 방법으로 검증하고자 한다.
본 발명을 통하여 활성탄 흡착조를 자외선램프로 교체할 경우 다음과 같은 장점을 가진다. 우선 활성탄 흡착조 대비 가격경쟁력 확보가 가능하다. 또한 역세과장에서 발생하는 용수절감하고 장치의 설치면적의 최소화한다. 활상탄 흡착조는 Vessel에 비하여 펌프 악력손실수두 최소화하고 정제수 시스템 초반에 UV살균을 실시함에 따른 미생물 오염원 최소화하는 장점을 가진다. 그 외에 타 산업으로의 연계를 통하여 다양한 소독 및 산화효과를 얻고자한다.
[도 1] 기존의 활성탄흡착조 흡착조 설치위치
[도 2] 개선후 UV장치의 위치
[도 3] 광촉매 코팅 위치는 석영관의 내부 표면
[도 4] 광촉매제조 절차
[도 5] 소성시간에 따른 비표면적을 분석
[도 6] XRD 회절분석을 측정한 자료
[도 7] 광촉매 코팅후 유기물의 분해효율을 평가
[도 8] 코팅층 SEM 분석결과
[도 2] 개선후 UV장치의 위치
[도 3] 광촉매 코팅 위치는 석영관의 내부 표면
[도 4] 광촉매제조 절차
[도 5] 소성시간에 따른 비표면적을 분석
[도 6] XRD 회절분석을 측정한 자료
[도 7] 광촉매 코팅후 유기물의 분해효율을 평가
[도 8] 코팅층 SEM 분석결과
본 발명에 따라서, 구체적인 내용은 다음과 같이 정리할 수 있다. 활성탄 흡착조를 대신한 UV 장치를 설치하는 위치는 [도 1]와 [도 2]이다.
상기 UV 장치는 UV 램프 및 석영관으로 이루어진다. 석영관은 UV 램프를 둘러싸고 있으며 광촉매 코팅 위치는 석영관의 내부 표면이다[도 3].
활성탄 흡착조를 사용하지 않고 잔류염소를 제가하는 방법으로 UV램프(Ultraviolet Lamp)를 사용하는 것이다. 램프의 특성은 LP Hg Arc로 15~20w에 254nm의 파장을 가지고 있는 UV램프 이다.
광촉매제조[도 4]의 절차(11)는 아래와 같다. 우선 Ti(OR)4를 과산화수소와 알코올 반응(12)을 하고 TiCl4)와 NH4Cl, H2O2와 소성(13)한다. 이후에 Sol 형태로 중합반응(14)와 미립자 형태의 Sol(15)을 각각 이때에 Ti(OR)4을 겔화(16)시킨다. 이때에 시간과 온도가 다양하게 접목된다. 이후에 겔을 Aging(17)한 후에 건조 후 에어로젤(18)과 건조겔(19)로 각각 제조하여 에어로젤 파우더(20)를 제조한다. 그다음으로 광촉매로의 특성평가를 한다.
이하 실시 예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 하며, 이로써 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.
[실시예 1] UV장치 설치 및 운전후 잔류염소분석
잔류염소 분석을 위하여 SINSCHE 휴대용 잔류염소 측정기 Q-CL501P를 사용하여 UV장치를 설치하기전의 활성탄 흡착조건에서의 잔류염소와 UV장치를 설치후의 잔류염소 및 활성탄이나 UV장치를 모두 설치하지 않은 경우의 잔류염소에 대하여 평가해 보았다.
| 초기 원수의 전류염소(ppm) | 활성탄흡착조 설치시 전류염소(ppm) |
UV 장치 설치시 잔류염소(ppm) | UV와 활성탄이 없을 경우 잔류염소(ppm) |
| 0.344 | 0.012 | 0.010 | 0.352 |
상기의 결과에 의하면 UV 장치 설치시 잔류염소 농도는 활성탄 흡착조 설치시 잔류염소농도가 비슷하거나 오히려 UV 장치 설치시에 효과가 좋은 것으로 확인 되었다.
[실시예 2] 활성탄 흡착조와 UV장치의 TOC 제거특성
분석은 원수의 TOC와 활성탄 흡착에 의하여 제거된 TOC 및 UV장치에 의하여 산화된 TOC를 분석하였다. 분석 장치는 DOHRMANN사의 Phoenix8000)이다.
| 원수 TOC 농도(ppm) |
활성탄흡착조 TOC 농도(ppm) |
UV TOC 농도 (ppm) |
| 0.94 | 0.32 | 0.02 |
[표 2]는 TOC 농도는 자외선에 의한 광촉매반응 으로 원수 농도가 0.94ppm에서 0.02ppm으로 급격하게 유기물이 제거된 결과를 얻었다.
[도 5]는 소성시간에 따른 비표면적을 분석한 것이다. 분석은 ATIK사의 ChemBET PULSAR TPR/TPD를 사용하였다. 소성 온도가 증가할 경우 비표면적은 상대적으로 낮아지는 경향을 보였다. 600℃에서 42 sq.m/g의 비표면적을 확인하였다. 결국 비표면적을 극대화시키려면 100℃ 전후에서 소성온도를 유지하여야 한다.
[도 6]은 XRD 회절분석을 측정한 자료이다. 분석정치는 Bruker사의 D8 ENDEAVOR를 사용하였다. 광촉매의 회절구간이 가장 이상적인 구간은 900℃의 고온이지만 광촉매를 제조하는데 비용증가의 원인이기 때문에 300℃ 이하의 구간이 이상적으로 판단된다. 또한 광촉매의 결정형이 아나타제가 80%이고 루타일이 20%일 경우가 가장 효과적인 것으로 알려지고 있어 XRD 회절분석 결과가 주는 의미는 미미하다. 따라서 100℃ 전후에서 3시간동안 소성하는 조건으로 한다.
[도 7]은 광촉매를 코팅한 자외선램프를 조사 후 유기물의 분해효율을 평가한 그림이다. 조사시간의 증가에 따라 유기물이 분해되는 정도를 확인하기 위한 실험으로 총 조사시간은 80분이며 대상유기물은 부식산(Humic Acid)를 사용하였다. 소성온도에 따른 유기물 분해특성은 300℃에서 가장 좋은 것으로 나타났으나, 도 5에서의 비표면적의 극대화 및 경제적인 면을 고려할 때 100℃가 가장 적합한 것으로 판단되었다.
[도 8]은 제조한 광촉매를 코팅한 횟수에 따른 이미지를 SEM으로 분석한 것이다. 분석장비는 SEROM사의 AURA100를 사용하였다. 초기 코팅하지 않은 경우 100㎛의 표면층에서 2회 코팅 할 경우 1.8㎛, 5회 코팅할 경우 4.2㎛, 12회 코팅시에 10㎛까지 증가하는 것을 확인하였다. 촉매의 코팅 층이 클수록 효과는 증대하나 비례성을 가진 것은 아니다. 최소 2~5회 정도가 적절하다.
Claims (8)
- 잔류염소 및 유기물을 효과적으로 제거하는 정제수 제조시스템으로 활성탄 대신 자외선을 조사하는 UV 장치를 사용하되,
상기 UV 장치는 저압수은 Arc로 15~20w에 254nm의 파장을 조사하는 UV램프 및 상기 UV 램프를 둘러싸는 석영관으로 이루어지고,
상기 석영관의 내부면에는 광촉매로 아나타제 80%(w/w)와 루타일 20%(w/w)로 이루어진 TiO2가 2~5회 코팅되어 1.8㎛ ~ 4.2㎛ 층이 형성되어 있으며,
상기 TiO2는 100℃에서 3시간 소성된 것을 사용하여 잔류염소 및 유기물을 동시에 제거하되 80분 처리하는 것을 특징으로 하는 정제수의 제조방법.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014198292A (ja) | 2013-03-29 | 2014-10-23 | 栗田工業株式会社 | 医薬用水製造向け精製水製造方法及び装置 |
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| JP2014198292A (ja) | 2013-03-29 | 2014-10-23 | 栗田工業株式会社 | 医薬用水製造向け精製水製造方法及び装置 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 윤영진 외. 알코올 첨가와 열처리에 따른 TiO2 박막의 형구학적 특성 및 광활성의 변화. Theories and Application of Chem.Eng., 2002, vol.8, no.2, pp.5158-5161 1부.* |
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| KR20190027458A (ko) | 2019-03-15 |
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