KR20040075426A - 나노 이산화티탄을 이용한 유독성 기체의 정화방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 유독성 기체의 정화방법에 관한 것으로서, 유해·악취 발생 물질을 함유하는 유독성 기체에 입자크기가 1-500nm인 이산화티탄 광촉매가 분산되어 있는 수용액을 분사함과 동시에 광원으로부터 광을 조사하여 유해·악취 발생물질을 광분해 시킴을 특징으로 한다. 본 발명은 유독성 기체 내에 함유된 소수성 유기물질과 악취유발 물질을 높은 수율로 제거할 수 있으며, 적용성과 경제성이 우수하여 염색·가공 업종 등과 같은 중소업체의 작업환경 개선에 매우 유용하다.
Description
본 발명은 염색·가공 공정 등에서 발생하는 유독성 기체의 정화방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 나노입자의 이산화티탄 광촉매를 사용하여 유독성 가스 내에 함유된 유해·악취 발생 물질을 광분해 함과 동시에 분사되는 물로 유해·악취 발생물질을 세척, 응집시켜 제거하는 유독성 기체의 정화방법에 관한 것이다.
염색가공을 포함하는 섬유산업 등의 작업현장에서는 유해성 물질 및 악취발생 물질을 함유하는 유독성 기체가 다량 발생되어 작업환경이 열악해지고 작업자의 건강도 해치는 문제가 제기되고 있다. 이로 인해 공정 특성상 유독성 기체가 다량 발생되는 섬유산업 분야 등에서는 현장근무를 기피하는 결과를 초래하여 생산 인력이 부족한 어려움을 겪고 있다.
일반적으로 악취라고하면 황화수소, 메르캅탄류, 아민류 및 기타 자극성이 있는 기체상 물질이 사람의 후각을 자극하여 불쾌감과 혐오감을 주는 냄새를 의미하며, 이는 주로 인체 유해성 뿐만아니라, 정신적·심리적 피해를 끼치는 감각공해 이다.
염색가공 공정 등에서 발생하는 유독성 기체의 정화방법은 크게 연소법, 흡착법, 흡수법 및 광분해법으로 구분된다.
연소법은 가연성 가스를 고온에서 연소시켜 무해무취 물질로 변화시키는 공정으로서 탈취 효과가 높다는 장점이 있지만, 불완전 연소시 인체유해 물질이 발생할 수 있고, 에너지 손실이 크며, 설치비가 높다는 단점이 있다.
흡착법은 악취물질을 활성탄, 실리카, 지올라이트 등의 분자간 흡입력을 이용하여 제거하는 방식으로 알코올, 벤젠, 지방산류, 메르캅탄 등의 유기물질에 효과적이라는 장점이 있지만, 암모니아, 아민류, 알데히드류에 효과가 없고, 처리효율이 낮다는 단점이 있다.
흡수법(세정식 제거법)은 악취성분을 산과 알칼리 약품을 사용하여 물에 세정시켜 액체의 충돌, 확산, 응축 작용으로 유독성 물질 및 악취발생 물질 등을 포집, 제거하는 방법이다. 상기 방법은 암모니아, 아민, 황화수소, 알데히드, 저급지방산류 등에 적용 가능하며, 분진을 제거할 수 있어 높은 적용성과 경제성 때문에 널리 이용되고 있는 표준공정의 하나 이다. 하지만, 상기 흡수법은 소수성 유기용제에 대한 포집효과가 적고, 제거율이 낮다는 단점이 있어 아직까지 만족할 만한 제거수준을 얻지는 못하고 있다.
이에 따라 최근에는 산업 현장에서 발생하는 휘발성 유기화합물(Volatile organic compounds)의 제거를 위해서 분리에 의한 제거법 뿐만아니라, 분해를 통한 제거법에 대한 연구가 많이 수행되고 있다. 그러한 연구들은 휘발성 유기물질을 산화시켜 분해시키는 공정을 거치는데, 대표적인 예가 TiO2광촉매에 의한 광분해법 이다.
광촉매에 대한 연구는 1839년 벡퀘럴(Becquerel)이 염화은 전극을 전해질 용액에 담근 후 짝전극과 연결하여 전압과 전류가 발생하는 현상을 발견한 것에서 시작 되었으며, TiO2단결정 전극에 빛을 조사시켰을 때 물이 수소와 산소로 분해되는 것을 1972년 일본의 후지시마(Fujishima)와 혼다(Honda)가 보고하면서부터 광촉매 연구는 급격히 발전 하였다.
이산화티탄은 현재까지 연구된 광촉매 중에서 제조하기 쉽고 안정하며 가장 많이 사용되는 광촉매로서 햇빛이나 자외선 등이 조사되면 홀과 자유전자를 생성하고, 이에 의한 산화-환원 반응을 거쳐 각종 유독성 물질을 광분해 시키는 광촉매 역할을 수행한다.
TiO2는 아나타제(anatase)와 러타일(rutile)의 두가지 결정형태로 존재하며, 합성방법에 따라 한가지 구조 또는 두가지 구조가 일정한 비율로 섞인 결정구조로 나타난다.
이산화티탄 광촉매를 합성하는 종래기술로서, 한국 등록 특허 제350226호에서는 저온 균일 침전법으로 비표면적이 큰 광촉매용 이산화티탄 분말을 제조하는방법을 게재하고 있고, 한국 공개특허 제 2001-28286호에서는 일정용매에 티타늄 출발 물질을 첨가하여 수용액을 제조하고, 여기에 산 또는 염기촉매를 첨가하고, 촉매가 첨가된 수용액을 80±10℃에서 열처리하면서 펩티제이션(peptization)하여 이산화티탄졸 용액을 형성하고, 이를 지지체에 코팅하여 나노크기를 갖는 이산화티탄(TiO2) 광촉매를 제조하는 방법을 게재하고 있다.
한편, 이산화티탄 광촉매를 사용하여 수질을 정화하는 종래 기술로서, 한국 공개 특허 제2001-96437호에서는 포트본체, 이산화티탄이 코팅된 부재 및 광조사 수단으로 구성된 수질정화 포트를 게재하고 있고, 한국 등록특허 제288373호에서는 광촉매 물질이 내부에 코팅된 건조기를 게재하고 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이 이산화티탄 광촉매를 사용하여 수질 또는 유독성 가스를 정화하는 방법은 정화효율은 우수하나 이산화티탄 광촉매를 지지체에 코팅한 부재를 생산하여야 하기 때문에 설비의 제조공정이 복잡하고, 이산화티탄 코팅 부재외에도 광조사 수단 등이 필요하여 설비 비용이 비싸기 때문에 중소기업 등에서는 경제적으로 활용이 어려운 문제가 있었다.
본 발명의 목적은 종래 흡수법(세정식 제거법) 공정에 이산화티탄 광촉매를 이용한 광분해 방법을 도입하므로서, 유독성 기체 내에 함유된 유해·악취 물질을 보다 효율적으로 제거할 수 있고, 설비비가 저렴하여 경제적으로도 유리한 유독성 기체의 정화방법을 제공하기 위한 것이다. 보다 구체적으로 본 발명은 종래 유독성 기체에 수용액을 분사하는 흡수법 공정에서 분사되는 수용액에 나노크기의 이산화티탄 광촉매를 분산시키고, 정화기 본체 내에 다수개의 광원을 설치하여 광을 조사해 주므로서 유독성 기체 내의 유해·악취 물질을 이산화티탄 광촉매에 의해 광분해시킴과 동시에 분사되는 수용액으로 응축·포집시켜 제거하는 방법을 제공하고자 한다.
도 1은 본 발명의 공정개략도 이다.
※ 도면 중 주요부분에 대한 부호설명
1 : 정화기 본체 2 : 수용액 분사장치 3 : 광원
4 : 수용액 저수조 5 : 집진필터 6,7 : 펌프
이와 같은 과제를 달성하기 위한 본 발명의 유독성 기체의 정화방법은 유해·악취 발생 물질을 함유하는 유독성 기체에 입자크기가 1-500nm인 이산화티탄 광촉매가 분산되어 있는 수용액을 분사함과 동시에 광원으로부터 광을 조사하여 유해·악취 발생물질을 광분해 시킴을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면 등을 통하여 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명은 유독성 기체에 물 또는 물에 산이 알칼리 약품이 첨가된 용액(이하 통칭하여 "수용액" 이라 한다)을 분사하여 유해·악취 물질을 제거하는 세정식 제거법(흡수법)에 이산화티탄 광촉매를 이용한 광분해법을 적용한 것을 특징으로 한다.
보다 구체적으로, 본 발명에서는 유독성 기체에 종래 세정식 제거법과 같이 단순히 상기 수용액만을 분사해 주는 것이 아니라 이산화티탄 광촉매가 분산되어 있는 수용액을 분사해 준다.
상기 이산화티탄 광촉매의 입자크기는 1-500nm, 보다 바람직하기로는 10-80nm 이다. 이산화티탄 광촉매의 입자 크기가 500nm를 초과하는 경우에는 이산화티탄 광촉매가 수용액 내에서 서로 응축되어 분산이 불량하게 된다. 또한 이산화티탄 광촉매의 입자크기가 1nm 미만일 경우에는 이산화티탄 광촉매의 제조비용이 상승하게 된다. 이산화티탄 광촉매의 입자크기는 유해·악취 발생 물질의 종류에 따라 상기 범위 내에 적절하게 조절 한다.
이산화티탄 광촉매는 사염화티타늄(TiCl4)에 물(H2O)을 첨가하여 티타닐클로라이드(TiOCl)를 제조하고, 티타닐클로라이드(TiOCl)를 물로 희석시킨 후 침전시키는 방법 등으로 제조될 수 있다.
또한 본 발명에서는 수용액에 분산되어 유독성 기체로 분사되는 이산화티탄 광촉매를 활성화 시키기 위하여 정화기 본체(1) 내에 광원(3)을 설치하여 광을 조사해 준다. 광원으로는 자외선 램프, 할로겐 램프, 발광다이오드 램프 등이 사용될 수 있으나, 자외선 램프를 사용하는 것이 가장 바람직 하다.
다음으로는 본 발명의 방법으로 유독성 기체를 정화하는 공정 일례를 도 1을 통해 살펴 본다.
먼저, 유해·악취 유발 물질을 함유하는 유독성 기체는 생산현장으로 부터 펌프(6)를 통해 정화기 본체(1) 하단부로 유입된다.
정화기 본체(1) 하단부로 유입된 유독성 기체는 계속해서 정화기 본체(1) 상단부로 상승하게 되며, 그 과정중에 정화기 본체 내에 설치된 다수개의 수용액 분사장치(2)로부터 입자크기가 나노수준인 이산화티탄 광촉매가 분산되어 있는 수용액이 유독성 기체로 분사된다.
이와 동시에 정화기 본체 내에 설치된 다수개의 광원(3)으로 부터 광이 조사되어 분사된 이산화티탄 광촉매의 산화-환원 반응을 촉진하게 된다. 그 결과, 유독성 가스 내의 유해·악취 발생물질은 이산화티탄 광촉매에 의해 분해, 제거됨과 동시에 분사되는 수용액에 의해 세척, 응집되어 제거된다.
이와 같이 정화처리된 가스는 정화기 본체(1)의 상단부로 배출 된다.
한편, 수용액 분사장치(2)로 분사된 수용액은 정화기 본체(1)의 하단에 설치된 수용액 저수조(4)에 저장된 다음, 순환펌프(7)에 의해 다시 수용액 분사장치(2)로 리사이클링 된다.
본 발명의 방법으로 유독성 가스를 정화시킨 후 정화된 가스 내에 잔존하는 유해·악취 발생 물질의 농도를 원자흡수 분광기로 측정해 본 결과, 기존의 물만을 분사하는 세정식 제거법으로 정화된 가스 내에 잔존하는 유해·악취 발생 물질의 농도 대비 유해·악취 발생 물질의 농도가 10% 이하 수준으로 낮아 졌다.
본 발명은 기존 흡수법 공정의 설비를 활용할 수 있어서 설비비가 저렴하고, 이산화티탄 광촉매를 지지체에 코팅하는 공정을 생략할 수 있어서 경제적으로 유리하다. 또한 본 발명은 유독성 기체 내의 유해·악취 물질을 이산화티탄 광촉매로 광분해 시킴과 동시에 분사되는 수용액으로 응축·포집시켜 제거하기 때문에 이들의 제거효율이 매우 높다. 따라서, 본 발명은 염색·가공을 포함하는 섬유산업 분야 등, 특히 중소기업에 쉽게 적용할 수 있다.
Claims (3)
- 유해·악취 발생 물질을 함유하는 유독성 기체에 입자크기가 1-500nm인 이산화티탄 광촉매가 분산되어 있는 수용액을 분사함과 동시에 광원으로부터 광을 조사하여 유해·악취 발생물질을 광분해 시킴을 특징으로 하는 유독성 기체의 정화방법.
- 1항에 있어서, 광원이 자외선 램프, 할로겐 램프 또는 발광다이오드 램프인 것을 특징으로 하는 유독성 기체의 정화방법.
- 1항에 있어서, 이산화티탄 광촉매의 입자크기가 10-80nm인 것을 특징으로 하는 유독성 기체의 정화방법.
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