KR20130049960A - 이산화탄소의 메탄화 반응을 위한 광촉매 장치 - Google Patents
이산화탄소의 메탄화 반응을 위한 광촉매 장치 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20130049960A KR20130049960A KR1020110115046A KR20110115046A KR20130049960A KR 20130049960 A KR20130049960 A KR 20130049960A KR 1020110115046 A KR1020110115046 A KR 1020110115046A KR 20110115046 A KR20110115046 A KR 20110115046A KR 20130049960 A KR20130049960 A KR 20130049960A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- main body
- gas
- carbon dioxide
- unit
- reaction
- Prior art date
Links
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 72
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 37
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 title claims abstract description 35
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 title claims abstract description 28
- 230000001699 photocatalysis Effects 0.000 title abstract description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 34
- 239000012495 reaction gas Substances 0.000 claims abstract description 26
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims abstract description 24
- 239000011941 photocatalyst Substances 0.000 claims description 38
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 4
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 3
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 2
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 2
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 2
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 abstract 3
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 abstract 3
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 24
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 description 12
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical group N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 description 8
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 6
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910001868 water Inorganic materials 0.000 description 6
- 238000011160 research Methods 0.000 description 5
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 4
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 3
- 238000011161 development Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 3
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 2
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 2
- 230000005281 excited state Effects 0.000 description 2
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 2
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 2
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 238000004868 gas analysis Methods 0.000 description 1
- 238000002309 gasification Methods 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 230000005283 ground state Effects 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- VUZPPFZMUPKLLV-UHFFFAOYSA-N methane;hydrate Chemical compound C.O VUZPPFZMUPKLLV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000005416 organic matter Substances 0.000 description 1
- 230000001151 other effect Effects 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 238000007540 photo-reduction reaction Methods 0.000 description 1
- 238000013032 photocatalytic reaction Methods 0.000 description 1
- 235000020004 porter Nutrition 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 1
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 description 1
- 239000008400 supply water Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J19/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
- B01J19/12—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electromagnetic waves
- B01J19/122—Incoherent waves
- B01J19/127—Sunlight; Visible light
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/30—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their physical properties
- B01J35/39—Photocatalytic properties
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C07—ORGANIC CHEMISTRY
- C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
- C07C1/00—Preparation of hydrocarbons from one or more compounds, none of them being a hydrocarbon
- C07C1/02—Preparation of hydrocarbons from one or more compounds, none of them being a hydrocarbon from oxides of a carbon
- C07C1/12—Preparation of hydrocarbons from one or more compounds, none of them being a hydrocarbon from oxides of a carbon from carbon dioxide with hydrogen
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J2219/00274—Sequential or parallel reactions; Apparatus and devices for combinatorial chemistry or for making arrays; Chemical library technology
- B01J2219/00718—Type of compounds synthesised
- B01J2219/00745—Inorganic compounds
- B01J2219/00747—Catalysts
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
- Catalysts (AREA)
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
Abstract
본 발명은 광 집적에 의한 효율향상이 이루어지고 간단히 분리 결합되어 분석이 용이하도록 하는 이산화탄소의 메탄화 반응을 위한 광촉매 장치에 관한 것으로, 광촉매가 내부에 구비되어 전달되는 광원에 의해 전달되는 이산화탄소 반응가스를 화학적 작용에 메탄의 생성가스로 변환시키는 본체부와; 상기 본체부와 연결되고, 이산화탄소 반응가스를 주입시키는 반응가스부와; 상기 본체부와 연결되고, 생성된 메탄 생성가스를 배출하는 생성가스부와; 상기 본체부와 연결되고, 진공을 걸어주는 진공펌프부;그리고 상기 본체부에 구비되고, 전달되는 광원을 광촉매측으로 집적화 되도록 볼록렌즈 형태로 이루어진 멀티-광자흡수창;을 포함하여 이루어지도록 한다. 그리고, 상기 본체부는 상, 하면에 일체로 이루어지는 평판 투명창이 구비되고, 상기 멀티-광자흡수창은 상기 평판 투명창의 상면에 분리,결합되는 볼록렌즈로 이루어지도록 하며, 상기 본체부는 반응가스부, 생성가스부 및 진공펌프부와 분리, 결합되도록 한다. 따라서 광집적에 의해 광촉매의 전환효율이 보다 향상될 뿐아니라 자연광에서 사용할 수 있으며, 본체부가 분리, 결합되는 구조로 이루어져 분석장비와의 결합 등이 용이하여 정확한 결과 분석을 할 수 있는 다른 효과도 있다.
Description
본 발명은 광촉매 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 광원을 이용하여 실 환경에 적용 가능하도록 광집적에 의한 효율향상이 이루어지고 간단히 분리 결합되어 분석이 용이하도록 하는 이산화탄소의 메탄화 반응을 위한 광촉매 장치에 관한 것이다.
일반적으로 광촉매는 태양광 또는 형광등에 포함된 자외선광에 의해 강력한 산화,환원 능력을 갖는 물질이다. 후지시마와 혼다에 의해 이산화티탄 전극에 광을 조사하여 물을 분해하여 수소연료를 제조하는 연구가 보고된 이래 이산화티탄 광촉매에 관한 많은 연구가 이루어졌으며, 인체에 무해하고 안정적인 구조를 가지는 이산화티탄 광촉매를 이용한 많은 응용분야가 개발되고 있는 실정이다. 이산화티탄 광촉매가 자외선광 조사하에서 이루어지는 강력한 산화,환원반응을 이용한 유기물의 오염물 분해 제거, 물분해에 의한 수소원료 생성, 그리고 온실효과의 주범이 되는 이산화탄소를 유용한 메탄 또는 메탄올 생성 등 많은 응용분야가 개발되고 있다. 또한 이산화티탄 광촉매가 가지는 초친수성 기능을 응용한 외장재의 개발, 외벽유리등 미래의 청정기술 개발을 위한 중요한 자리를 차지하고 있다.
최근에는 이산화티탄 광촉매를 이용한 친환경 연구를 위하여 많은 노력들이 이루어지고 있으며, 대표적인 연구로는 지구 온실화 주범인 이산화탄소로부터 광환원반응에 의해 메탄 생성을 위한 것이다. 이러한 이산화탄소의 메탄화 작업이 실 생활에 적용이 가능하다면 환경적인 측면이나 자원 재활용 측면에서 획기적인 업적이 이루어질 수 있게 된다. 아직 까지 상용화 단계는 아니나 전 세계적으로 가장 중요한 테마의 하나로써 지금도 많은 연구가 이루어지고 있으나, 이산화티탄 광촉매를 이용하여 이산화탄소의 메탄전환 효율은 현재 최고 수준이 약 0.1%로 알려져 있고 효율 증대를 위한 다양한 기술들이 개발중에 있다. 이러한 기술 개발을 위해서는 다양한 시험장치들이 사용되고 있으며, 도1에 현재 사용되고 있는 시험장치가 나타나 있다.
도시된 바와 같이, 중앙부분에 본체가 형성되어 있다. 상기 본체 내부에는 이산화티탄 광촉매가 설치되고, 외부 상면에는 투명창이 형성되어 상기 투명창을 통하여 외부에서 조사되는 유브이광 또는 자연광에 의해 내부에 이산화티탄 광촉매가 반응을 하게된다. 그리고, 본체 옆에는 이산화탄소가 공급되는 가스주입구가 형성되어 있으며, 일측에는 가스 샘플링 포터가 구비되어 있다. 상기와 같은 구조에서는 가스주입구를 통해 본체 내부로 이산화탄소가 주입되고, 외부에서 조사되는 광이 투명창을 통해 전달되어 메탄화 반응이 진행된 후, 외부로 유출되는 구조를 이루고 있다. 그러나, 상기와 같은 시험장치에서는 다음과 같은 문제점이 있다.
첫째, 실지 환경에서 적용하기 곤란한 문제점이 있다. 즉, 이산화티탄 광촉매는 낮은 파장대인 자외선 영역에서 활성이 이루어져 실험실 수준에서는 에너지가 큰 유브이-램프(UV -lamp)를 사용가능하나, 실지 외부 환경에서는 이산화탄소 가스를 소진시켜 메탄화작업이 수행되어야 하는것이 주 목적이나, 주어지는 태양광은 가시광 영역 이상의 파장대에 집중되어 있으므로 태양광을 이용할 시 반응물들이 화학반응을 일으키기에는 에너지가 너무 적어 그 효율이 매우 낮아 실 환경에서는 제대로 사용할 수 없는 문제점이 있다.
둘째, 메탄화 작업의 효율 측정을 위해서는 반응 후, 가스분석을 수행하기 위해서는 반응을 멈추고, 내부 가스를 샘플링하여 분석하고 있으나, 이럴 경우 매번 가스샘플링을 수행할때마다 외부의 불필요한 공기의 주입 등이 이루어져 정확한 분석이 힘들뿐만 아니라 내부 오염, 부정확한 동작 등이 발생하게 된다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명은 멀티- 광자 흡수(Multi photon absorption) 방법을 이용하여 본체 내부로 전달되는 에너지를 집적화하여 태양광에서도 처리효율이 높은 시험장치를 제공하는것을 목적으로 한다.
본 발명의 또 다른 목적은 본체를 간단히 분리 결합할 수 있는 구조로 만들어 내부가스의 샘플링 없이 본체 자체를 외부 분석기기에 바로 접속시켜 분석이 가능한 시험장치를 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 이산화탄소의 메탄화 반응을 위한 광촉매장치는, 광촉매가 내부에 구비되어 전달되는 광원에 의해 전달되는 이산화탄소 반응가스를 화학적 작용에 메탄의 생성가스로 변환시키는 본체부와; 상기 본체부와 연결되고, 이산화탄소 반응가스를 주입시키는 반응가스부와; 상기 본체부와 연결되고, 생성된 메탄 생성가스를 배출하는 생성가스부와; 상기 본체부와 연결되고, 진공을 걸어주는 진공펌프부;그리고 상기 본체부에 구비되고, 전달되는 광원을 광촉매측으로 집적화 되도록 볼록렌즈 형태로 이루어진 멀티-광자흡수창;을 포함하여 이루어지도록 한다.
그리고, 상기 멀티-광자흡수창은 본체부의 상, 하면에 각각 설치되도록 하고, 바람직하기로는 상기 본체부는 상, 하면에 일체로 이루어지는 평판 투명창이 구비되고, 상기 멀티-광자흡수창은 상기 평판 투명창의 상면에 분리,결합되는 볼록렌즈로 이루어지도록 한다. 또한, 상기 본체부는 반응가스부, 생성가스부 및 진공펌프부와 분리, 결합되도록 하고, 상기 본체부는 반응가스부, 생성가스부 및 진공펌프부와 배관부에 의해 연결되고, 상기 각 배관상에는 개폐가 이루어지는 밸브가 구비되도록 하며, 상기 본체부의 분리, 결합은 본체부와 각각 연결되는 배관부상에 분리부가 형성되도록 한다.
본 발명에 따르면, 멀티-광자흡수창에 의해 전달되는 에너지를 보다 효과적으로 사용가능하므로 광촉매의 전환효율이 보다 향상될 뿐아니라 자연광에서 사용할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 광촉매가 구비된 본체부가 분리결합되는 구조로 이루어져 분석장비와의 결합등이 용이하여 정확한 결과 분석을 할 수 있는 다른 효과도 있다.
도 1은 종래 사용되는 이산화탄소의 메탄화 반응을 위한 광촉매 장치의 모습을 나타낸 도.
도 2는 본 발명에 의한 광집적을 위한 멀티-광자흡수창을 구비한 이산화탄소의 메탄화 반응을 위한 광촉매 장치의 개념을 나타낸 도.
도 3은 본 발명에 의한 광집적을 위한 멀티-광자흡수창의 원리는 나타내는 도.
도 2는 본 발명에 의한 광집적을 위한 멀티-광자흡수창을 구비한 이산화탄소의 메탄화 반응을 위한 광촉매 장치의 개념을 나타낸 도.
도 3은 본 발명에 의한 광집적을 위한 멀티-광자흡수창의 원리는 나타내는 도.
이하에서는 본 발명에 이산화탄소의 메탄화 반응을 위한 광촉매 장치를 도시한 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명하기로 한다. 도 2는 본 발명에 의한 이산화탄소의 메탄화 반응을 위한 광촉매 장치의 개념을 도시한 도면이다.
도시된 바와 같이, 본 발명은 크게 본체부(10), 반응가스부(20), 생성가스부(30), 진공펌프부(40), 광조사부(50), 분리부(60) 그리고 멀티-광자흡수창(100)으로 크게 이루어져 있다.
먼저, 본체부(10)를 설명하기에 앞서 반응가스부(20)를 설명하도록 한다. 도시된 바와 같이, 외부 주입되는 반응가스가 혼합되고 히팅될 수 있도록 하는 반응로(22)가 구비된다. 상기 반응로(22)의 일측에는 외부에서 공급되는 반응가스와 연결되어 있다. 반응가스는 크게 질소가스부(20a), 물공급부(20b) 그리고 이산화탄소공급부(20c)가 구비되도록 한다. 질소가스공급부(20a)은 질소가 공급되도록 하고 있으며, 이러한 질소가스는 공급되는 반응가스의 전체적인 압력조절을 위해 적정량이 공급되도록 한다. 물공급부(20b)은 이산화탄소의 메탄화 반응시 필요로 하는 물을 공급하는 배관으로써 이 역시 적정량 배급의 조절이 이루어지도록 한다. 그리고, 이산화탄소공급부(20c)가 연결되어 있다. 따라서 적정량의 이산화탄소, 물 그리고 질소가스의 공급조절이 이루어지도록 한다.
한편, 본 실시예에서는 시험장치수준을 위해서 각 공급되는 가스의 양이 조절되도록 하기 위해 공급부 물, 질소가스 및 이산화탄소로 구분하였으나, 실지 대기의 이산화탄소를 메탄화하기 위해서는 별도의 질소가스공급부(20a)이 필요치 않을 수도 있다. 즉, 대기중에 존재하는 자연 질소가스만으로도 충분히 목적을 달성할 수 있으므로 별도의 질소가스 공급부이 필요치 않게 된다.
상기 각 공급부에서 공급되는 반응가스는 반응로(22)로 공급되고, 반응로(22)는 이를 히팅하여 외부의 반응가스배출배관(24)을 통하여 배출되도록 한다. 그리고, 외부 배출배관(24)의 단부는 후술하는 본체부(10)와 결합 분리될 수 있도록 구성되면 족할 것이다. 이러한 결합 분리를 위한 구성은 다양하게 이루어질 수 있다. 일예를 들어 배출배관(24) 단부 외면에 나사산을 형성하고 연결되는 본체부 배관(14a) 단부에도 나사산을 형성하고 양 나사선 단부와 대응하는 나사선이 내면에 형성된 나사관을 이용하여 결합, 분리되는 분리부(60) 구조를 취할 수도 있으며, 원터치 방식으로 결합되도록 할 수도 있을 것이다. 생성가스부(30)와 진공펌프부(40) 역시 각 배관 단부상에 동일하게 본체부(10)의 배관(14b,14c)와 결합,분리 될수 있도록 동일한 구조를 취하면 족할 것이다.
다음, 광조사부(50)를 설명하기로 한다. 광조사부(50)는 광촉매 반응을 위한 높은 에너지 영역인 자외선이 조사되도록 하는 유브이램프이거나 또는 자연광이면 족할 것이다. 즉, 실험실 등 내부에서는 유브이 램프를 사용하고, 외부환경에서는 자연광을 이용할 수 있도록 하기 위함이다. 외부환경의 자연광일 경우, 후술하는 본체부에 구비된 멀티-광자흡수창(100)에 의해서 충분히 메탄화 작업이 가능해지도록 하는 것이 본 발명의 특징이므로 어느 광이든 사용할 수 있는것이다.
상술한 설명에서 반응가스부(20), 생성가스부(30) 그리고 진공펌프부(40)는 각 각 본체부배관(14a,14b,14c)의 단부를 통하여 본체부와 분리,결합되는 분리부(60) 구조를 취하게 함으로써 본체부(10) 내부의 생성가스를 별도로 샘플링 하지 않고 본체부(10) 자체를 아이알 스펙트로미터(IR-Spectrometer)등과 같은 분석장비에 바로 연결시켜 분석할 수 있어 보다 편리하고 효과적인 사용이 가능해진다.
본체부(10)를 설명하기로 한다. 본체부(10) 내부에는 이산화티탄 광촉매(미도시)가 설치되어 있으며, 이러한 이산화티탄 광촉매는 종래와 동일하거나 여러 가지로 설치할 수 있어 이하 자세한 설명은 생략하기로 한다. 본체부에(10)는 반응가스부와 연결되는 제1배관(14a)과, 생성가스부(30)와 연결되는 제2배관(14b) 그리고 진공펌프부(40)와 연결되는 제3배관(14c)이 형성되도록 한다. 이러한 각 배관의 단부에는 상술한 바와 같이 각 부와 분리 결합될 수 있는 구조로 형성되어 있다. 그리고 각 배관의 단부와 본체사이의 배관상에는 밸브(a)가 구비되도록 한다. 이러한 밸브(a)의 개방과 잠금을 통하여 가스의 유출입 통제가 이루어지도록 한다. 즉, 생성가스의 효율을 분석하기 위하여 본체부(10)를 분리할 필요가 있을 경우, 먼저, 각 밸브(a)들을 잠구어서 외부의 불필요한 성분들과의 혼합이 방지되도록 한 상태에서 분리부(60)를 통해 본체부(10)를 여타 다른 부분과 분리하게 되고, 다시 반응이 필요할 경우에는 각 밸브(a)들을 개방하여 가스의 유출입이 이루어지도록 하기 위함이다.
본체부(10) 상면과 저면에는 외부에서 조사되는 광이 통과할 수 있도록 투명창이 형성되어 있다. 상기 투명창은 멀티-광자흡수창(100)으로 이루어지도록 한다. 멀티-광자흡수창(100)이란 일종의 광집적을 위한 창으로써 도시된 도 3을 참고로 하여 설명하기로 한다. 도 3은 멀티-광자흡수의 원리를 나타내는 한 예시를 나타낸 도로써, 간략히 설명하면, 이산화탄소를 메탄으로 전환시키기 위한 광촉매 장치는 기본적으로 태양광원을 이용하는 것이 바람직하다. 그러나 태양광원은 그 에너지 영역이 가시광선영역 이상의 파장대에 집중되어 있으므로 반응물들이 화학반응을 일으키기에는 부족하다. 따라서 에너지적으로 부족한 부분을 해결하기 위하여 볼록렌즈 형태의 멀티흡수창을 이용하여 조사되는 광원을 광촉매 부분에 집적되도록 하여 반응에 참여하는 광자(photon)의 개수를 증가시켜주어 낮은 에너지 영역대의 광자들을 에너지가 큰 광자에 사용된 것과 같은 효과를 나타내도록 하는 것이다. 즉, 도시된 바와 같이 낮은 에너지를 가지는 E1과 E2 각각 자체로는 광촉매가 기저상태(ground state)에서 광자를 방출할 수 있는 들뜬상태(excited state)로 여기가 될 수 없으나, 볼록렌즈 형태인 멀티-광자흡수층을 통해 지적시키면 각각 개별적인 E1 과 E2의 에너지 합인 E1 + E2의 에너지가 광촉매에 전달되어 광자를 방출할 수 있는 여기상태로 가능해 진다.
따라서 멀티-광자흡수창(100)을 위해서는 기본적으로 전달되는 광자의 에너지를 광촉매 측으로 집적되도록 하기 위하여 가장 일반적인 구조는 볼록렌즈 형태로 이루어 지도록 하며, 이러한 볼록렌즈의 광집적을 위한 볼록렌즈의 직경 및 두께 등은 광촉매의 면적 그리고 멀티-광자흡수창(100)에서 광촉매까지의 거리 등을 고려하여 설계하면 족할 것이며, 이러한 볼록렌즈의 초점거리 등은 이미 광학적으로 널리 알려진 상태이므로 이하 자세한 설명은 생략하기로 한다.
한편, 상기 멀티-광자흡수창(100)은 종래의 평판 형태의 단순 투명창과 결합, 분리되는 구조로 이루어지도록 하는 것이 좋을 것이다. 즉, 기존의 본체부 상,하면에는 외부와의 밀폐되고 광 전달이 이루어지는 투명창이 구비되어 있다. 이러한 기존의 투명창 위에 볼록렌즈 형태로 이루어지는 멀티-광자흡수창(10)이 분리 결합되게 구성함으로써 다양한 형태의 실험을 수행할 수 있다. 즉, 실내에서 장치를 사용할 경우, 광조사부는 유브이 램프를 사용하게 되고, 이때에는 멀티-광자흡수창(100)을 분리하고, 평판 투명창만 존재하는 상태에서 실험할 수 있으며, 필요에 따라 광자흡수창을 결합한 상태에서 실험할 수도 있을 것이다. 외부환경에서 사용할 경우 자연광 자체로는 광촉매 활성을 위한 에너지가 약하므로 멀티-광자흡수창(100)을 결합한 상태에서 사용하고, 외부 이물질에 의한 오염 등의 경우 분리하여 청소할 수 있으며, 또한 분석 등 본체부를 분리할 필요가 있을경우에도 멀티- 광자흡수창을 분리 할 수 있도록 하기 위함이다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따른 이산화탄소의 메탄화 반응을 위한 장치의 구성 및 작용을 상기한 설명 및 도면에 따라 도시하였지만 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능함은 물론이다.
a : 밸브 10 : 본체부
14a,14b,14c : 본체부 배관 20 : 반응가스부
20a: 질소가스공급부 20b: 물공급부
20c: 이산화탄소 공급부 22 : 반응로
24 : 반응가스 배관 30 : 생성가스부
40 : 진공펌프부 50 : 광원부
60 : 분리부 100 : 멀티-광자흡수창
14a,14b,14c : 본체부 배관 20 : 반응가스부
20a: 질소가스공급부 20b: 물공급부
20c: 이산화탄소 공급부 22 : 반응로
24 : 반응가스 배관 30 : 생성가스부
40 : 진공펌프부 50 : 광원부
60 : 분리부 100 : 멀티-광자흡수창
Claims (6)
- 광촉매가 내부에 구비되어 전달되는 광원에 의해 전달되는 이산화탄소 반응가스를 화학적 작용에 메탄의 생성가스로 변환시키는 본체부와;
상기 본체부와 연결되고, 이산화탄소 반응가스를 주입시키는 반응가스부와;
상기 본체부와 연결되고, 생성된 메탄 생성가스를 배출하는 생성가스부와;
상기 본체부와 연결되고, 진공을 걸어주는 진공펌프부;그리고
상기 본체부에 구비되고, 전달되는 광원을 광촉매측으로 집적화 되도록 볼록렌즈 형태로 이루어진 멀티-광자흡수창;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 이산화탄소의 메탄화 반응을 위한 광촉매 장치. - 제 1항에 있어서,
상기 멀티-광자흡수창은 본체부의 상, 하면에 각각 설치됨을 특징으로 하는 이산화탄소의 메탄화 반응을 위한 광촉매 장치. - 제 2항에 있어서,
상기 본체부는 상, 하면에 일체로 이루어지는 평판 투명창이 구비되고, 상기 멀티-광자흡수창은 상기 평판 투명창의 상면에 분리,결합되는 볼록렌즈로 이루어지는 것을 특징으로 하는 이산화탄소의 메탄화 반응을 위한 광촉매 장치. - 제 1항 내지 제 3항중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 본체부는 반응가스부, 생성가스부 및 진공펌프부와 분리, 결합되는 것을 특징으로 하는 이산화탄소의 메탄화 반응을 위한 광촉매 장치. - 제 4항에 있어서,
상기 본체부는 반응가스부, 생성가스부 및 진공펌프부와 배관부에 의해 연결되고, 상기 각 배관상에는 개폐가 이루어지는 밸브가 구비됨을 특징으로 하는 이산화탄소의 메탄화 반응을 위한 광촉매 장치. - 제 5항에 있어서,
상기 본체부는 반응가스부, 생성가스부 및 진공펌프부와 분리, 결합은 본체부와 각각 연결되는 배관부상에 분리부가 형성되는 것을 특징으로 하는 이산화탄소의 메탄화 반응을 위한 광촉매 장치.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020110115046A KR101376757B1 (ko) | 2011-11-07 | 2011-11-07 | 이산화탄소의 메탄화 반응을 위한 광촉매 장치 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020110115046A KR101376757B1 (ko) | 2011-11-07 | 2011-11-07 | 이산화탄소의 메탄화 반응을 위한 광촉매 장치 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20130049960A true KR20130049960A (ko) | 2013-05-15 |
| KR101376757B1 KR101376757B1 (ko) | 2014-03-26 |
Family
ID=48660513
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020110115046A KR101376757B1 (ko) | 2011-11-07 | 2011-11-07 | 이산화탄소의 메탄화 반응을 위한 광촉매 장치 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101376757B1 (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20230068161A (ko) * | 2021-11-10 | 2023-05-17 | 한국생산기술연구원 | 광촉매가 코팅된 탄소면상 발열체 열원 공급 삽입판이 적용된 이산화탄소 전환용 광촉매 기상 반응기 시스템 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3655349B2 (ja) * | 1995-04-28 | 2005-06-02 | 株式会社日立製作所 | 炭酸ガス変換装置 |
| JP4158850B2 (ja) * | 2002-07-29 | 2008-10-01 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | 光触媒を用いた二酸化炭素還元方法 |
| JP2006306667A (ja) * | 2005-04-28 | 2006-11-09 | Hamamatsu Photonics Kk | 水素生成装置及び砕氷装置 |
| KR20080050681A (ko) * | 2006-12-04 | 2008-06-10 | 정경환 | 물의 광촉매 분해반응을 이용한 수소 제조 및 저장 장치 |
-
2011
- 2011-11-07 KR KR1020110115046A patent/KR101376757B1/ko active IP Right Grant
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20230068161A (ko) * | 2021-11-10 | 2023-05-17 | 한국생산기술연구원 | 광촉매가 코팅된 탄소면상 발열체 열원 공급 삽입판이 적용된 이산화탄소 전환용 광촉매 기상 반응기 시스템 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR101376757B1 (ko) | 2014-03-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN104483443B (zh) | 光电催化二氧化碳还原反应分析检测系统及其使用方法 | |
| CN104492253A (zh) | 光电催化二氧化碳还原反应装置和应用 | |
| CN107138111B (zh) | 一种二氧化碳催化还原反应装置 | |
| CN203216914U (zh) | 一种多用途光催化性能评价装置 | |
| US20220072501A1 (en) | Carbon dioxide photo-reactor | |
| KR101376757B1 (ko) | 이산화탄소의 메탄화 반응을 위한 광촉매 장치 | |
| CN110467152A (zh) | 一种基于高聚光点光源的光热耦合微流道制氢反应装置 | |
| CN102872779A (zh) | 基于光子晶体光纤的表面等离子体光催化反应装置 | |
| CN103506004A (zh) | 一种用于有机物降解和co2转化的光催化反应装置 | |
| CN104492233B (zh) | 一种光电同步催化氧化no反应装置 | |
| CN104498984B (zh) | 光电催化分解水制氢反应分析检测系统及其使用方法 | |
| CN101776588A (zh) | 低能耗高稳定液相led光催化反应系统 | |
| CN104993164B (zh) | 光催化还原二氧化碳以及光催化燃料电池耦合产电系统 | |
| US20110272271A1 (en) | Apparatus and method for injecting microfluidic | |
| CN101137583A (zh) | 液体处理方法 | |
| CN206156799U (zh) | 光催化氧化废水反应系统 | |
| CN204389460U (zh) | 光电催化二氧化碳还原反应分析检测系统 | |
| CN210915414U (zh) | 一种夹层流真空紫外反应装置 | |
| CN204380509U (zh) | 光电催化二氧化碳还原反应装置 | |
| CN204385297U (zh) | 光电催化分解水制氢反应分析检测系统 | |
| CN206244462U (zh) | 一种适用于挂膜催化剂的暗反应催化反应器 | |
| CN112426985B (zh) | 一种用于光催化的实验器具 | |
| CN205820931U (zh) | 一种光催化反应器 | |
| KR102593597B1 (ko) | 광촉매를 이용한 이산화탄소 처리장치 | |
| US20220288561A1 (en) | Porous titania photocatalyst on quartz fibers and methods of using the same for chemical-free uv-aop in water treatment |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20170302 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20180312 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20200309 Year of fee payment: 7 |