KR20100069213A - The apparatus and method on the treatment of volatile organic compounds using gliding arc plasma-catalyst process - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A volatile compound processing device using gliding arc discharge and a method thereof are provided to activate a catalyst without an additional heating source by combining a catalyst layer on an outlet of an arc discharge reactor. CONSTITUTION: A volatile compound processing device includes the following: a gliding arc discharge reaction part(10) including an electrode; a catalyst reaction part(20) formed on an outlet of the gliding arc discharge part; and a power supply part. The gliding arc discharge reaction part forms discharge of a whirlpool shape by guiding turbulent flow on the gas. The power supply part supplies an AC power source to the gliding arc discharge reaction part. The catalyst reaction part includes metal oxides.

Description

글라이딩 아크 방전과 촉매를 이용한 휘발성 유기화합물 처리장치 및 방법{The Apparatus and Method on The Treatment of Volatile Organic Compounds Using Gliding Arc Plasma-Catalyst Process}The Apparatus and Method on The Treatment of Volatile Organic Compounds Using Gliding Arc Plasma-Catalyst Process}

본 발명은 글라이딩 아크 방전과 촉매를 이용한 휘발성 유기화합물을 처리하는 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for treating volatile organic compounds using a gliding arc discharge and a catalyst.

고도의 경제성장과 산업의 발달로 발생되는 대기 오염 물질이 인체 및 자연생태계를 위협하는 심각한 문제를 야기하고 있다. 특히 대기 오염 물질 중 휘발성 유기화합물(VOCs, Volatile Organic Compounds)은 화학물질 제조공정, 자동차, 유류 저장소, 페인트 제조 또는 건축자재 등에서 배출되고 있다. 이러한 휘발성 유기화합물은 대기 중 질소 산화물과 광화학반응을 일으켜 오존이나 광화학 스모그를 야기하게 되고, 지구온난화의 원인 물질로서, 인체에 직접적으로 암을 유발시키는 물질로 알려져 있다. 이러한 이유로, 최근 각국에서 휘발성 유기화합물의 규제법을 제정하여 배출량을 제한하거나, 경제적이며 안정적으로 처리하는 기술을 개발하여 배출량을 저감시키기 위한 노력을 하고 있다.Air pollutants generated by high economic growth and industrial development are causing serious problems that threaten the human body and the natural ecosystem. In particular, volatile organic compounds (VOCs) among air pollutants are emitted from chemical manufacturing processes, automobiles, oil depots, paint manufacturing or building materials. Such volatile organic compounds cause photochemical reactions with nitrogen oxides in the atmosphere, causing ozone or photochemical smog, and are known as substances causing global warming and causing cancer directly in the human body. For this reason, countries have recently enacted regulations on the control of volatile organic compounds to limit their emissions, or to develop technologies to treat them economically and reliably to reduce their emissions.

 다양한 휘발성 유기화합물의 처리 기술들 중에서, 플라즈마를 이용한 기술 이 주목받고 있다. 플라즈마는 전기전도도가 높으며 전자계의 영향을 받는 여기전자, 이온, 라디칼로 구성되어 있는 전기적으로 중성인 기체로 물질의 제 4의 상태로도 불리고 있다. 플라즈마 상태의 라디칼, 이온, 여기전자 등과 같은 활성종들은 높은 에너지를 갖고 있기 때문에 난분해성 물질이나 화학적으로 안정한 물질을 분해할 수 있다. 그러나, 플라즈마를 활용한 기술은 에너지 소모율이 높고, 다양한 부산물들이 발생하며, 안정적으로 전원을 공급해야 하는 문제점들을 갖고 있다.Among various volatile organic compound treatment technologies, plasma technology has attracted attention. Plasma is an electrically neutral gas composed of excitation electrons, ions, and radicals with high electrical conductivity and influenced by an electromagnetic field, and is also called a fourth state of matter. Active species such as radicals, ions, and excited electrons in the plasma state have high energy and can decompose hardly decomposable substances or chemically stable substances. However, the technology using plasma has high energy consumption rate, various byproducts are generated, and stable power supply.

 이러한 문제점을 해결하기 위하여 플라즈마에 촉매를 결합한 공정기술들이 국내외에서 연구되고 있으며, 특히 유전체 방전이나 코로나 방전과 같은 저온 플라즈마에 촉매를 접목시킨 기술들이 보고된 바 있다. 대표적으로 누네즈 등(Nunez et al.)에 의해, 코로나 방전 반응기 후단에 강유전체인 BaTiO3 펠렛이 삽입된 반응기를 결합한 공정이 보고된 바 있다(미국특허 제5,236,672호). 이러한 기술은 유해가스의 처리 효율을 향상시켰고 다양한 부산물을 저감시키는 효과가 인정되지만, BaTiO3를 활성화시키기 위한 추가의 가열장치가 요구된다는 문제점이 있다. In order to solve this problem, process technologies combining catalysts with plasma have been studied at home and abroad, and in particular, techniques that combine catalysts with low temperature plasma such as dielectric discharge or corona discharge have been reported. Representatively, by Nunez et al., A process in which a reactor in which a ferroelectric BaTiO 3 pellet is inserted after a corona discharge reactor has been reported (US Pat. No. 5,236,672). This technique improves the treatment efficiency of harmful gases and recognizes the effect of reducing various by-products, but there is a problem that an additional heating device for activating BaTiO 3 is required.

또한, 다양한 촉매를 유전체 방전 반응기 내부에 충진하여 유해물질을 처리하는 기술들이 보고되었다. 그러나, 다양한 금속 산화물 또는 귀금속 등의 촉매를 플라즈마 반응영역에 충진함으로써, 안정적인 플라즈마의 발생을 방해하는 아크가 발생될 가능성이 높고, 발생된 아크로 인하여 촉매의 성능이 저하될 수 있다. In addition, techniques for treating harmful substances by filling various catalysts inside the dielectric discharge reactor have been reported. However, by filling catalysts such as various metal oxides or precious metals in the plasma reaction region, arcs that interfere with stable plasma generation are more likely to occur, and the generated arcs may degrade the performance of the catalysts.

따라서, 추가적인 에너지 공급 없이 촉매를 활성화시킬 수 있고, 플라즈마가 촉매에 영향을 미치지 않으면서, 플라즈마가 안정적으로 발생될 수 있는 새로운 플 라즈마 촉매 결합공정 개발이 요구되는 실정이다.Therefore, there is a need to develop a new plasma catalyst bonding process that can activate the catalyst without additional energy supply and stably generate the plasma without affecting the catalyst.

본 발명의 일실시예의 목적은 휘발성 유기화합물을 효과적으로 처리할 수 있는 장치를 제공하는 것이다. It is an object of one embodiment of the present invention to provide an apparatus capable of effectively treating volatile organic compounds.

본 발명의 또 다른 일실시예의 목적은 휘발성 유기화합물의 처리방법을 제공하는 것이다.It is an object of another embodiment of the present invention to provide a method for treating volatile organic compounds.

본 발명에 따른 휘발성 유기화합물의 처리장치는, 스프링형 전극을 포함하는 글라이딩 아크 방전 반응부, 상기 글라이딩 아크 방전 반응부의 출구에 형성된 촉매 반응부 및 전원공급부를 포함하는 것을 특징으로 한다. The apparatus for treating volatile organic compounds according to the present invention includes a gliding arc discharge reaction unit including a spring type electrode, a catalyst reaction unit and a power supply unit formed at an outlet of the gliding arc discharge reaction unit.

또한, 본 발명에 따른 휘발성 유기화합물의 처리방법은, (a) 아크 방전이 일어나는 반응기 내부에 휘발성 유기화합물을 함유하는 기체를 도입하여, 아크 방전으로 인해 형성된 플라즈마에 의해 휘발성 유기화합물을 분해하는 1 차 분해반응 공정; 및 (b) 상기 (a) 공정을 거친 반응 기체를 금속 산화물 촉매와 반응시켜, 반응 기체의 산화 반응을 촉진하는 2 차 분해반응 공정을 포함한다.In addition, the method for treating volatile organic compounds according to the present invention includes (a) introducing a gas containing volatile organic compounds into a reactor in which an arc discharge occurs, thereby decomposing the volatile organic compounds by a plasma formed by the arc discharge. Secondary decomposition process; And (b) a secondary decomposition reaction step of reacting the reaction gas having undergone the step (a) with a metal oxide catalyst to promote an oxidation reaction of the reaction gas.

본 발명에 따른 휘발성 유기화합물의 처리장치 및 방법은, 금속 산화물 촉매를 도입함으로써 유해물질의 분해효율이 우수하고 반응 부산물이 적다. 또한, 플라즈마 반응기 출구에 촉매층을 결합함으로써 플라즈마가 촉매에 영향을 미치지 않으면서, 추가의 열원 없이 촉매를 활성화 시킬 수 있다는 장점이 있다.The apparatus and method for treating volatile organic compounds according to the present invention is excellent in the decomposition efficiency of harmful substances and less reaction by-products by introducing a metal oxide catalyst. In addition, by combining the catalyst layer at the outlet of the plasma reactor, there is an advantage that the plasma can be activated without an additional heat source without affecting the catalyst.

본 발명의 일실시예에 따른 휘발성 유기화합물(Volatile Organic Compounds; VOCs)의 처리 장치는, 스프링형 전극을 포함하는 글라이딩 아크 방전 반응부, 상기 글라이딩 아크 방전 반응부의 출구에 형성된 촉매 반응부 및 전원공급부를 포함하는 아크 방전 및 촉매를 이용한 휘발성 유기화합물의 처리장치이다.In one embodiment, a processing apparatus for volatile organic compounds (VOCs) includes a gliding arc discharge reaction unit including a spring type electrode, a catalytic reaction unit and a power supply formed at an outlet of the gliding arc discharge reaction unit. An apparatus for treating volatile organic compounds using an arc discharge and a catalyst comprising a part.

본 발명의 “휘발성 유기화합물(VOCs, Volatile Organic Compounds)”이란, 대기 오염 물질 중에서 증기압이 높아 대기 중으로 쉽게 증발되는 액체 또는 기체상 유기화합물을 총칭하는 의미이다."Volatile Organic Compounds" (VOCs) of the present invention refers to liquid or gaseous organic compounds that are easily evaporated into the atmosphere due to high vapor pressure among air pollutants.

일실시예에서, 상기 글라이딩 아크 방전이 일어나는 반응기로는, 석영 또는 유리 등의 재질로 이루어진 관형의 반응기가 사용될 수 있다. 또한, 상기 방전기에는 스프링형 전극이 사용될 수 있으며, 이는 전도성 금속 재질이면 제한없이 사용될 수 있다. 또 다른 일실시예에서, 상기 처리장치는 휘발성 유기화합물을 포함하는 공기(air)를 도입기체로 사용할 수 있다. In one embodiment, as the reactor in which the gliding arc discharge occurs, a tubular reactor made of a material such as quartz or glass may be used. In addition, a spring-type electrode may be used for the discharger, which may be used without limitation as long as it is a conductive metal material. In another embodiment, the treatment apparatus may use air containing a volatile organic compound as an introduction gas.

일실시예에서, 상기 글라이딩 아크 방전 반응부는, 유입된 기체에 대하여 난류 흐름을 유도함으로써, 소용돌이 형태의 토네이토형 방전을 형성하게 된다. 구체적으로는, 상기 글라이딩 아크 방전 반응기의 스프링형 전극 및 다른 하나의 내부 전극에 교류의 고전압을 인가하게 되면, 반응기 내부의 방전 형태는 두 전극의 가장 가까운 지점부터 스프링 전극을 따라 활주하듯이 아크 플라즈마를 형성하게 된다. 글라이딩 아크 방전 영역에 휘발성 유기화합물을 포함하는 도입기체가 통과하면서 플라즈마 내에 존재하는 전자, 이온, 라디칼 및 여기 분자와 같은 활성종에 의해 휘발성 유기화합물의 분해반응이 1 차적으로 일어나게 된다. In one embodiment, the gliding arc discharge reaction unit, by inducing turbulent flow to the introduced gas, thereby forming a vortex-shaped tornado discharge. Specifically, when the high voltage of the alternating current is applied to the spring type electrode and the other internal electrode of the gliding arc discharge reactor, the discharge form inside the reactor slides along the spring electrode from the nearest point of the two electrodes. Will form. As the introduction gas containing the volatile organic compound passes through the gliding arc discharge region, decomposition reaction of the volatile organic compound occurs primarily by active species such as electrons, ions, radicals and excitation molecules present in the plasma.

1 차 분해반응 후, 생성된 부가 생성물 및 제거되지 않은 휘발성 유기화합물 성분들은 활성화된 촉매가 충진된 촉매층에 의해 분해 및 산화반응이 촉진되고, 생성물 또한 덜 유해한 물질로 전환된다. 상기 촉매로는, 금속 산화물 촉매가 사용될 수 있으며, 일실시예에서, 상기 금속 산화물 촉매는, Mn, Cr 및 Cu로 구성된 군으로부터 선택되는 하나 이상의 금속 산화물 촉매일 수 있다. 또 다른 일실시예에서, 상기 금속 산화물 촉매는, 감마(γ)-Al2O3를 담체로 하여 충진될 수 있다. 보다 구체적으로는, 상기 감마(γ)-Al2O3 담체 표면에 금속 산화물이 활성 물질로 존재하는 구조일 수 있다. 또한, 상기 담체의 크기는 1 내지 2 mm이고, 비드 또는 펠렛 형상일 수 있다. After the first decomposition reaction, the resulting adduct and unremoved volatile organic compound components are accelerated by the catalyst bed filled with the activated catalyst, resulting in the decomposition and oxidation reaction, and the product is also converted to less harmful substances. As the catalyst, a metal oxide catalyst may be used, and in one embodiment, the metal oxide catalyst may be one or more metal oxide catalysts selected from the group consisting of Mn, Cr, and Cu. In another embodiment, the metal oxide catalyst may be filled with gamma (γ) -Al 2 O 3 as a carrier. More specifically, the metal oxide may be present on the surface of the gamma (γ) -Al 2 O 3 carrier as an active material. In addition, the carrier has a size of 1 to 2 mm, and may be in the form of beads or pellets.

본 발명의 일실시예에 따른 휘발성 유기화합물의 처리장치의 구조는 하기 도 1에 도시되어 있다. The structure of the apparatus for treating volatile organic compounds according to one embodiment of the present invention is shown in FIG. 1.

도 1을 참조하면, 플라즈마가 발생되는 글라이딩 아크 방전 반응부(10)와 촉매 반응부(20)가 결합된 구조이다. 글라이딩 아크 방전 반응부(10)는 석영으로 이루어진 관형의 아크 방전 반응기(11), 반응기 내부의 스프링 전극(12) 및 접지전극(13)으로 이루어져 있다. 상기 두 전극(12, 13)을 통해 고전압이 인가되면, 반응기(11) 내부에는 스프링 전극(12)과 접지전극(13)이 인접된 지점부터 스프링 전극(12)을 따라 활주하듯이 아크 플라즈마가 형성된다. 상기 처리장치의 앞쪽에 연결된 가스 주입구(14)를 통해 휘발성 유기화합물이 포함된 가스가 유입되면, 플라 즈마 내에 존재하는 전자, 이온, 라디칼 및 여기 분자와 같은 활성종에 의해 휘발성 유기화합물의 분해 반응이 1 차적으로 일어나게 된다.  1 차 분해 반응 후, 생성된 부가 생성물 및 제거되지 않은 휘발성 유기화합물 성분들은 활성화된 촉매가 충진된 촉매 반응부(20)로 유도된다. 촉매 반응부(20) 내에 충진된 금속 산화물 촉매에 의해 분해 및 산화반응이 촉진되고, 생성물 또한 덜 유해한 물질로 전환된다.Referring to FIG. 1, the gliding arc discharge reaction unit 10 and the catalyst reaction unit 20 that generate plasma are combined. The gliding arc discharge reaction unit 10 includes a tubular arc discharge reactor 11 made of quartz, a spring electrode 12 and a ground electrode 13 inside the reactor. When a high voltage is applied through the two electrodes 12 and 13, the arc plasma moves in the reactor 11 from the point where the spring electrode 12 and the ground electrode 13 are adjacent to each other along the spring electrode 12. Is formed. When a gas containing a volatile organic compound is introduced through the gas inlet 14 connected to the front of the processing apparatus, decomposition reaction of the volatile organic compound by active species such as electrons, ions, radicals and excitation molecules existing in the plasma is introduced. This happens primarily. After the first decomposition reaction, the resulting adduct and unremoved volatile organic compound components are led to the catalytic reaction section 20 filled with the activated catalyst. Decomposition and oxidation reactions are promoted by the metal oxide catalyst packed in the catalytic reaction section 20, and the product is also converted into less harmful substances.

본 발명은 또한, 아크 방전 및 촉매를 이용한 휘발성 유기화합물의 처리방법을 제공한다. The present invention also provides a method for treating volatile organic compounds using an arc discharge and a catalyst.

일실시예에서, 상기 처리방법은, (a) 아크 방전이 일어나는 반응기 내부에 휘발성 유기화합물을 함유하는 기체를 도입하여, 아크 방전으로 인해 형성된 플라즈마에 의해 휘발성 유기화합물을 분해하는 1 차 분해반응 공정; 및 (b) 상기 (a) 공정을 거친 반응 기체를 금속 산화물 촉매와 반응시켜, 반응 기체의 산화반응을 촉진하는 2 차 분해반응 공정을 포함한다. In one embodiment, the treatment method is (a) a first decomposition reaction process in which a gas containing a volatile organic compound is introduced into a reactor in which an arc discharge occurs, thereby decomposing the volatile organic compound by a plasma formed by the arc discharge. ; And (b) a secondary decomposition reaction step of reacting the reaction gas having undergone the step (a) with a metal oxide catalyst to promote oxidation of the reaction gas.

일실시예에서, 상기 아크 방전이 일어나는 반응기는 스프링형 전극을 포함한다. 상기 반응기의 스프링형 전극 및 다른 하나의 접지 전극에 교류의 고전압을 인가하게 되면, 반응기 내부의 방전 형태는 두 전극의 가장 가까운 지점부터 스프링 전극을 따라 활주하듯이 아크 플라즈마를 형성하게 된다. In one embodiment, the reactor in which the arc discharge occurs comprises a spring type electrode. When a high voltage of alternating current is applied to the spring type electrode and the other ground electrode of the reactor, the discharge form inside the reactor forms an arc plasma as it slides along the spring electrode from the nearest point of the two electrodes.

또 다른 일실시예에서, 상기 (a) 공정의 반응기에 인가되는 전원은, 교류 전원일 수 있다. 더욱 구체적으로는 상기 반응기에는 고전압의 교류 전원이 인가될 수 있다.In another embodiment, the power applied to the reactor of the step (a) may be an AC power source. More specifically, high voltage AC power may be applied to the reactor.

일실시예에서, 상기 (b) 공정의 금속 산화물 촉매는, Mn, Cr 및 Cu로 구성된 군으로부터 선택되는 하나 이상의 금속 산화물일 수 있다. 또 다른 일실시예에서, 상기 촉매는, 감마(γ)-Al2O3를 담체로 하여 충진될 수 있다. 보다 구체적으로는, 상기 감마(γ)-Al2O3 담체 표면에 금속 산화물이 활성 물질로 존재하는 구조일 수 있다. 또한, 상기 담체의 크기는 1 내지 2 mm이고, 비드 또는 펠렛 형상일 수 있다. In one embodiment, the metal oxide catalyst of the step (b) may be one or more metal oxides selected from the group consisting of Mn, Cr and Cu. In another embodiment, the catalyst may be filled with gamma (γ) -Al 2 O 3 as a carrier. More specifically, the metal oxide may be present on the surface of the gamma (γ) -Al 2 O 3 carrier as an active material. In addition, the carrier has a size of 1 to 2 mm, and may be in the form of beads or pellets.

따라서, 본 발명에 따른 휘발성 유기화합물의 처리방법은, 글라이딩 아크 방전을 통해 유해물질을 1 차적으로 분해시키고, 금속 산화물 촉매를 이용하여 잔존물질을 2 차적으로 분해시키게 된다. 상기 유기화합물의 처리방법에 의하면, 휘발성 유기화합물의 분해율이 향상되었으며, 반응 생성물은 상대적으로 덜 유해한 물질로 전환시키게 된다.Therefore, the method for treating volatile organic compounds according to the present invention primarily decomposes harmful substances through gliding arc discharge, and secondly decomposes the remaining substances using a metal oxide catalyst. According to the treatment method of the organic compound, the decomposition rate of the volatile organic compound is improved, and the reaction product is converted into a relatively less harmful substance.

이하, 실시예 등을 통해 본 발명을 더욱 상술하지만, 하기 실시예 등은 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명의 범주가 이들만으로 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the following Examples and the like are for illustrating the present invention, and the scope of the present invention is not limited thereto.

[제조예 1][Production Example 1]

 비 표면적이 50 m2/g이고 입자 크기가 1.5 mm인 Al2O3을 전기로에 넣고 산소 를 흘려 주면서 750℃에서 6 시간 동안 소성시켜 감마상 Al2O3(γ-Al2O3)으로 전환시켰다. 그런 다음, 전구체인 CuCl2·2H2O가 용해되어 있는 증류수에 γ-Al2O3를 1 시간 동안 담지시켰다. Al 2 O 3 with a specific surface area of 50 m 2 / g and a particle size of 1.5 mm was placed in an electric furnace and fired at 750 ° C. for 6 hours while flowing oxygen into gamma phase Al 2 O 3 (γ-Al 2 O 3 ). Switched. Then, γ-Al 2 O 3 was supported for 1 hour in distilled water in which the precursor CuCl 2 · 2H 2 O was dissolved.

 담지가 끝난 후, 120℃에서 1 시간 동안 건조 시킨 후, 건조된 촉매를 다시 전기로에 넣고 산소분위기에서 550℃에서 6 시간 동안 소성시켜 1 중량% CuO/γ-Al2O3 촉매를 제조하였다.After the completion of the support, and dried for 1 hour at 120 ℃, the dried catalyst was put back into the electric furnace and calcined for 6 hours at 550 ℃ in an oxygen atmosphere to prepare a 1% by weight CuO / γ-Al 2 O 3 catalyst.

[제조예 2][Production Example 2]

 전구체를 Mn(NO3)2·6H2O, Cr(NO3)3·9H2O를 사용하였다는 점을 제외하고는, 상기 제조예 1과 동일한 방법으로 1 중량% MnO2/γ-Al2O3, 1 중량% Cr2O3/γ-Al2O3 촉매를 제조하였다.1 wt% MnO 2 / γ-Al in the same manner as in Preparation Example 1, except that Mn (NO 3 ) 2 .6H 2 O and Cr (NO 3 ) 3 .9H 2 O were used as precursors. 2 O 3 , 1 wt% Cr 2 O 3 / γ-Al 2 O 3 catalyst was prepared.

[실시예 1]Example 1

 글라이딩 아크 방전과 금속 산화물 촉매를 결합하여 VOCs의 분해 효과를 다음과 같은 실험을 통하여 알아보았다. Decomposition effect of VOCs by combining gliding arc discharge and metal oxide catalyst was examined through the following experiment.

 글라이딩 아크 방전 반응기는 내경 20 mm, 길이 150 mm의 유리관을 사용하였다. 또한, 플라즈마 발생을 위한 스프링 전극으로는 1/8in. 스테인리스 스틸 재질의 튜브를 10 mm의 갭 간격으로 제조하여 사용하였다. The gliding arc discharge reactor used a glass tube with an inner diameter of 20 mm and a length of 150 mm. In addition, as a spring electrode for plasma generation, 1/8 in. Stainless steel tubes were prepared and used with a gap spacing of 10 mm.

 플라즈마를 발생시키기 위해 교류 전원 공급기는 주파수 20 kHz, 최대 전압 10 kV인 고전압 교류 전원을 사용하였으며, 반응기에 인가된 전압과 전류는 오실로스코프에 연결된 고전압/고전류 프로브를 이용하여 측정하였다. 반응기에서 소비되는 전력은 오실로스코프로 전송 받은 전압과 전류의 곱을 적분하고 인가주파수를 곱하여 구하였다.In order to generate plasma, the AC power supply used a high voltage AC power supply having a frequency of 20 kHz and a maximum voltage of 10 kV. The voltage and current applied to the reactor were measured using a high voltage / high current probe connected to the oscilloscope. The power consumed in the reactor was obtained by integrating the product of the voltage and current transmitted to the oscilloscope and multiplying by the applied frequency.

 처리하고자 하는 대상 물질로 벤젠 370 ppm, 톨루엔 100 ppm 및 p-자일렌 30 ppm을 각각 포함하는 공기를 분당 10 L의 유량으로 글라이딩 아크 방전-촉매 결합 시스템에 도입하여 분해 효과를 검토하였다. 사용된 촉매는 1 중량% CuO/γ-Al2O3이며 20 g을 충진하였다. 플라즈마 조건은 20 kHz의 주파수에 평균 인가전압이 1.4 kV로, 각각의 분해율과 생성물질(CO+CO2)의 선택도 및 소비전력을 측정하였다. 측정된 결과는 하기 표 1에 나타내었다.Decomposition effects were examined by introducing air containing 370 ppm of benzene, 100 ppm of toluene, and 30 ppm of p-xylene, respectively, into the gliding arc discharge-catalyst coupling system at a flow rate of 10 L per minute. The catalyst used was 1 wt% CuO / γ-Al 2 O 3 and filled with 20 g. Plasma conditions, the average applied voltage is 1.4 kV at a frequency of 20 kHz, and the decomposition rate, selectivity and power consumption of each product (CO + CO 2 ) were measured. The measured results are shown in Table 1 below.

처리 대상 물질Material to be processed 분해율(%)% Decomposition CO+CO2(%)CO + CO 2 (%) 소비전력(W)Power Consumption (W) 벤젠 370ppmBenzene 370ppm 79.379.3 99.799.7 142142 톨루엔 100ppmToluene 100ppm 87.087.0 98.598.5 140140 p-자일렌 30ppm30 ppm p-xylene 100100 99.899.8 138138

표 1을 참조하면, 벤젠의 분해율은 79.3%, 톨루엔의 분해율은 87.0%, p-자일렌의 분해율은 100%인 것으로 나타났다. 또한, [CO+CO2]의 생성물은 99.7, 98.5 및 99.8%이고, 142, 140, 138 W의 전력을 소비하였다.  Referring to Table 1, the decomposition rate of benzene was 79.3%, the decomposition rate of toluene was 87.0%, and the decomposition rate of p-xylene was 100%. In addition, the products of [CO + CO 2 ] were 99.7, 98.5 and 99.8% and consumed 142, 140, 138 W of power.

[비교예 1]Comparative Example 1

촉매를 사용하지 않았다는 점을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로, 글라이딩 아크 방전 반응기에 20 kHz의 주파수에 1.4 kV의 평균전압을 인가하여 각각의 분해율 및 생성물질(CO+CO2)의 선택도와 소비된 에너지를 측정하였다. 측정된 결과는 하기 표 2에 나타내었다. Except for the absence of a catalyst, the same method as in Example 1 was applied to the gliding arc discharge reactor by applying an average voltage of 1.4 kV at a frequency of 20 kHz to determine the respective decomposition rate and the product (CO + CO 2 ). The selectivity of and the energy consumed were measured. The measured results are shown in Table 2 below.

처리 대상 물질Material to be processed 분해율(%)% Decomposition CO+CO2(%)CO + CO 2 (%) 소비전력(W)Power Consumption (W) 벤젠 370ppmBenzene 370ppm 69.969.9 82.582.5 159159 톨루엔 100ppmToluene 100ppm 76.576.5 85.485.4 145145 p-자일렌 30ppm30 ppm p-xylene 93.293.2 99.599.5 155155

 표 2를 참조하면, 벤젠의 분해율은 69.9%, 톨루엔의 분해율은 76.5%, p-자일렌의 분해율은 93.2%인 것으로 나타났다. 또한, [CO+CO2]의 생성물은 82.5%, 85.4%, 99.5%이고, 이때 159W, 145W, 155W의 전력이 사용되었다. Referring to Table 2, the decomposition rate of benzene was 69.9%, the decomposition rate of toluene was 76.5%, and the decomposition rate of p-xylene was 93.2%. In addition, the products of [CO + CO 2 ] were 82.5%, 85.4%, 99.5%, at which the power of 159W, 145W, 155W was used.

 실시예 1의 결과와 비교하였을 때, 플라즈마에 촉매를 도입했을 경우, 소비전력은 플라즈마로만 처리했을 때 보다 약 10 W가 적게 소모되었고, 분해율은 벤젠 10%, 톨루엔 11.5%, p-자일렌 6.8%씩 향상되었다.Compared with the results of Example 1, when the catalyst was introduced into the plasma, the power consumption was about 10 W less than the plasma treatment alone, and the decomposition rate was 10% benzene, 11.5% toluene, and p-xylene 6.8. Improved by%.

 또한, 상기 실시예 1과 비교예 1의 결과를 종합하여 도 2에 나타내었다. 도 2에서 x 축은 처리대상 물질(벤젠, 톨루엔, p-자일렌)이며, y 축은 처리대상 물질의 분해율과 [CO+CO2]의 선택도를 나타낸다.In addition, the results of Example 1 and Comparative Example 1 are collectively shown in FIG. 2. In FIG. 2, the x axis represents a substance to be treated (benzene, toluene, p-xylene), and the y axis represents a decomposition rate of the substance to be treated and selectivity of [CO + CO 2 ].

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 휘발성 유기화합물의 처리장치를 개략적으로 나타낸 모식도이다;1 is a schematic diagram schematically showing an apparatus for treating volatile organic compounds according to an embodiment of the present invention;

도 2는 금속 산화물 촉매의 도입 유무에 따른 휘발성 유기화합물의 분해율 및 CO+CO2의 선택도의 차이를 분석한 그래프이다.Figure 2 is a graph analyzing the difference between the decomposition rate of the volatile organic compounds and the selectivity of CO + CO 2 with or without the introduction of a metal oxide catalyst.

[도면의 주요부분의 설명][Explanation of main parts of drawing]

10: 아크 방전 반응부, 11: 아크 방전 반응기10: arc discharge reactor, 11: arc discharge reactor

12: 스프링 전극, 13: 접지 전극12: spring electrode, 13: ground electrode

14: 가스 주입구, 20: 촉매 반응부14: gas inlet, 20: catalytic reaction section

Claims (11)

스프링형 전극을 포함하는 글라이딩 아크 방전 반응부, 상기 글라이딩 아크 방전 반응부의 출구에 형성된 촉매 반응부 및 전원공급부를 포함하는 아크 방전 및 촉매를 이용한 휘발성 유기화합물의 처리장치.An apparatus for treating volatile organic compounds using an arc discharge and a catalyst comprising a gliding arc discharge reaction unit including a spring type electrode, a catalyst reaction unit and a power supply unit formed at an outlet of the gliding arc discharge reaction unit. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 글라이딩 아크 방전 반응부는, 유입된 기체에 대하여 난류 흐름을 유도함으로써, 소용돌이 형태의 토네이도형 방전을 형성시키는 것을 특징으로 하는 아크 방전 및 촉매를 이용한 휘발성 유기화합물의 처리장치.The gliding arc discharge reaction unit, by inducing turbulent flow to the introduced gas, to form a vortex-shaped tornado-type discharge, characterized in that the apparatus for treating volatile organic compounds using an arc discharge and a catalyst. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 전원공급부는 글라이딩 아크 방전 반응부에 교류 전원을 공급하는 것을 특징으로 하는 아크 방전 및 촉매를 이용한 휘발성 유기화합물의 처리장치.The power supply unit is a device for treating volatile organic compounds using an arc discharge and a catalyst, characterized in that for supplying AC power to the gliding arc discharge reaction unit. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 촉매 반응부는, Mn, Cr 및 Cu로 구성된 군으로부터 선택되는 금속의 산화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 아크 방전 및 촉매를 이용한 휘발성 유기화합물의 처리장치.The catalytic reaction unit, the arc discharge and the apparatus for treating volatile organic compounds using a catalyst, characterized in that it comprises an oxide of a metal selected from the group consisting of Mn, Cr and Cu. 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 촉매 반응부는, 감마(γ)-Al2O3 담체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 아크 방전 및 촉매를 이용한 휘발성 유기화합물의 처리장치.The catalytic reaction unit, the apparatus for treating volatile organic compounds using an arc discharge and a catalyst, characterized in that further comprises a gamma (γ) -Al 2 O 3 carrier. 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, 상기 담체의 크기는 1 내지 2 mm이고, 비드 또는 펠렛 형상인 것을 특징으로 하는 아크 방전 및 촉매를 이용한 휘발성 유기화합물의 처리장치.An apparatus for treating volatile organic compounds using an arc discharge and a catalyst, wherein the carrier has a size of 1 to 2 mm and has a bead or pellet shape. (a) 아크 방전이 일어나는 반응기 내부에 휘발성 유기화합물을 함유하는 기체를 도입하여, 아크 방전으로 인해 형성된 플라즈마에 의해 휘발성 유기화합물을 분해하는 1 차 분해반응 공정; 및(a) a primary decomposition reaction step of decomposing the volatile organic compound by a plasma formed by the arc discharge by introducing a gas containing the volatile organic compound into the reactor in which the arc discharge occurs; And (b) 상기 (a) 공정을 거친 반응 기체를 금속 산화물 촉매와 반응시켜, 반응 기체의 산화반응을 촉진하는 2 차 분해반응 공정을 포함하는 아크 방전 및 촉매를 이용한 휘발성 유기화합물의 처리방법.(b) A method of treating volatile organic compounds using an arc discharge and a catalyst, comprising a secondary decomposition reaction step of reacting the reaction gas passed through the step (a) with a metal oxide catalyst to promote oxidation of the reaction gas. 제 7 항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 아크 방전이 일어나는 반응기는 스프링형 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 아크 방전 및 촉매를 이용한 휘발성 유기화합물의 처리방법. The reactor in which the arc discharge occurs comprises a spring-type electrode, characterized in that the arc discharge and the method of treating volatile organic compounds using a catalyst. 제 7 항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 (a) 공정의 반응기에 인가되는 전원은, 교류 전원인 것을 특징으로 하는 아크 방전 및 촉매를 이용한 휘발성 유기화합물의 처리방법. The method for treating volatile organic compounds using an arc discharge and a catalyst, characterized in that the power source applied to the reactor of the step (a) is an alternating current source. 제 7 항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 (b) 공정의 금속 산화물 촉매는, Mn, Cr 및 Cu로 구성된 군으로부터 선택되는 하나 이상의 금속 산화물인 것을 특징으로 하는 아크 방전 및 촉매를 이용한 휘발성 유기화합물의 처리방법. The metal oxide catalyst of the step (b) is at least one metal oxide selected from the group consisting of Mn, Cr and Cu, the arc discharge and the method of treating a volatile organic compound using a catalyst. 제 10 항에 있어서,The method of claim 10, 상기 금속 산화물 촉매는, 감마(γ)-Al2O3를 담체로 포함하는 것을 특징으로 하는 아크 방전 및 촉매를 이용한 휘발성 유기화합물의 처리방법.The metal oxide catalyst, gamma (γ) -Al 2 O 3 The method of treating the volatile organic compounds using an arc discharge and the catalyst, characterized in that the carrier.
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