KR20200011319A - 흡착 가능한 기체 형태의 물질을 제거하기 위한 고효율 평행 유전체 장벽 플라즈마 발생장치 - Google Patents
흡착 가능한 기체 형태의 물질을 제거하기 위한 고효율 평행 유전체 장벽 플라즈마 발생장치 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20200011319A KR20200011319A KR1020180086257A KR20180086257A KR20200011319A KR 20200011319 A KR20200011319 A KR 20200011319A KR 1020180086257 A KR1020180086257 A KR 1020180086257A KR 20180086257 A KR20180086257 A KR 20180086257A KR 20200011319 A KR20200011319 A KR 20200011319A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- plasma
- dielectric barrier
- plasma generator
- gas
- generator
- Prior art date
Links
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 title claims abstract description 30
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 title description 2
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 title description 2
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 claims abstract description 13
- 239000003463 adsorbent Substances 0.000 claims description 16
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 14
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims description 5
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims description 5
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 claims description 4
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 42
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 27
- CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N Ozone Chemical compound [O-][O+]=O CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 19
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 8
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 8
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 8
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 7
- 239000013077 target material Substances 0.000 description 7
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 5
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 125000004430 oxygen atom Chemical group O* 0.000 description 4
- 239000012855 volatile organic compound Substances 0.000 description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 125000001997 phenyl group Chemical group [H]C1=C([H])C([H])=C(*)C([H])=C1[H] 0.000 description 3
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000033558 biomineral tissue development Effects 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 239000013067 intermediate product Substances 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 2
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 description 2
- 229910021536 Zeolite Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000274 adsorptive effect Effects 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 1
- HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003203 everyday effect Effects 0.000 description 1
- 239000000383 hazardous chemical Substances 0.000 description 1
- 239000000543 intermediate Substances 0.000 description 1
- 239000010457 zeolite Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
- H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
- H05H1/24—Generating plasma
- H05H1/2406—Generating plasma using dielectric barrier discharges, i.e. with a dielectric interposed between the electrodes
-
- H05H2001/2412—
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
- H05H2245/00—Applications of plasma devices
- H05H2245/10—Treatment of gases
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Plasma Technology (AREA)
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
Abstract
본 발명은 하나의 전원 공급부에 병렬로 연결되는 적어도 2개 이상의 플라즈마 발생부를 포함하고, 상기 2개 이상의 플라즈마 발생부는 하나의 접지 전극과 연결되고, 상기 플라즈마 발생부 각각은 고전압 전극, 유전체 장벽 및 흡착 영역을 포함하는 유전체 장벽 플라즈마 발생장치를 제공한다.
Description
본 발명은 흡착 가능한 기체 형태의 물질을 제거하기 위한 고효율 평행 유전체 장벽 플라즈마 발생장치에 관한 것이다.
기체 상태로 배출되는 유해한 물질들은 산업에서 발생될 뿐만이 아니라 일상생활에서도 발생되고 이는 인체나 환경에 치명적인 영향을 줄 수 있다. 이러한 물질들 중에서 흡착 가능한 기체 형태의 물질들은 배출되는 농도에 따라 처리방법이 다른데, 높은 농도와 중간 농도로 발생되는 물질들은 고온산화법을 이용하여 처리를 하지만 낮은 농도로 발생하는 물질들은 바로 산화시키기엔 에너지 효율이 낮기 때문에 그럴 수 없다. 이 때문에 흡착제를 이용하여 고농도로 농축시켜 고온산화법으로 처리한다. 실제로 여러 공정에서 배출되는 유해 물질들은 보통 낮은 농도로 많이 발생하기 때문에 흡착제를 이용한 고온산화법으로 많이 제거되고 있다. 하지만, 이 또한 높은 온도로 유지해야 하고 흡착제를 재생시키기 위한 공정이 필요하다는 단점이 있다.
한편, 유전체 장벽 방전 플라즈마 발생기와 관련하여 한국공개특허 제10-2015-0101738호(이하 '선행기술'이라 약칭함)는 선형으로 배치된 플라즈마 분사구를 따라 피처리물이 이동하는 형태의 선형 유전체 장벽 플라즈마 발생기를 개시한다. 이처럼, 선행기술은 플라즈마 발생기의 효율을 증대시키기 위해 플라즈마 발생 영역을 확장시킨 구조가 개시된다.
본 발명자들은 고효율로 기체 형태의 유기화합물을 제거할 수 있는 장치에 대하여 연구하던 중, 유전체 장벽 플라즈마를 사용하여 비교적 낮은 에너지로 산화력이 강한 활성종들을 발생시켜 타겟 물질을 분해함과 더불어, 반응기 구조를 새로이 디자인함과 동시에 플라즈마 영역 내에 흡착 영역을 포함시킴으로써 플라즈마의 특성과 파워를 향상시켜 고효율로 유기화합물을 제거함과 동시에, 플라즈마 영역 내에 고르게 플라즈마가 형성되어 모든 흡착제가 골고루 영향을 받음으로써 흡착제의 재생을 보다 효율적으로 할 수 있어 가장 효율적인 장치임을 발견하고 본 발명을 완성하였다.
본 발명의 목적은 플라즈마 발생장치의 구조를 개선함과 동시에 흡착제를 결합함으로써, 플라즈마의 특성 변화에 의한 흡착이 가능한 기체 상태의 오염물질의 제거 효율을 향상시키는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은
하나의 전원 공급부에 병렬로 연결되는 적어도 2개 이상의 플라즈마 발생부를 포함하고,
상기 2개 이상의 플라즈마 발생부는 하나의 접지 전극과 연결되고,
상기 플라즈마 발생부 각각은 고전압 전극, 유전체 장벽 및 흡착 영역을 포함하는 유전체 장벽 플라즈마 발생장치를 제공한다.
본 발명에 따른 유전체 장벽 플라즈마 발생장치는 플라즈마의 마이크로 디스차지 채널의 발생을 증가시켜 플라즈마의 밀도를 높이고, 플라즈마 전류를 증가시켜 전자와 가스 분자들의 충돌 확률을 증가시켜 더 많은 활성종들을 만들 수 있다. 또한, 플라즈마 인풋 에너지를 증가시킴으로써 같은 전압에서 더 높은 에너지를 플라즈마 발생 영역 내로 공급할 수 있다.
나아가, 모든 플라즈마 발생부에 흡착제를 포함하는 흡착 영역을 제공함으로써 타겟 물질의 레지던스타임을 증가시켜 더 높은 효율을 얻을 수 있으며, 이때 플라즈마에서 발생하는 강력한 산화 포텐셜을 가진 전자가 반응에 직접 관여함으로써 강력한 분자구조를 갖는 물질도 쉽게 분해할 수 있다.
이러한 종합적인 영향들로 인해 오염물질 분해 시, 기존 구조의 반응장치보다 제거 효율이 월등히 우수하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생장치의 구조를 모식도로 나타낸 것이고;
도 2는 종래 플라즈마 발생장치(a) 및 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생장치(b 및 c)의 구조를 모식도로 나타낸 것이고;
도 3 내지 도 5는 각 플라즈마 발생장치에서의 플라즈마 전류의 인텐시티를 나타낸 그래프이고;
도 6은 각 플라즈마 발생장치의 플라즈마에서 발생되는 빛의 강도를 분석한 그래프이고;
도 7은 각 플라즈마 발생장치에서 전압 증가에 따른 플라지마 인풋 파워를 나타낸 그래프이고;
도 8은 각 플라즈마 발생장치에서 플라즈마 인풋 파워에 따른 오존의 생성량을 나타낸 그래프이고;
도 9는 각 플라즈마 발생장치에서 플라즈마 인풋 파워에 따른 무기화율을 나타낸 그래프이고;
도 10은 각 플라즈마 발생장치에서 플라즈마 인풋 파워에 따른 이산화탄소 선택도를 나타낸 그래프이고;
도 11 내지 도 13은 각 플라즈마 발생장치에서 시간에 따른 이산화탄소, 일산화탄소와 톨루엔의 농도를 보여주는 그래프이고;
도 14는 각 플라즈마 발생장치에서 전압에 따른 오존의 사용량과 배출되는 양을 보여주는 그래프이고;
도 15는 각 플라즈마 발생장치에서 처리 후 흡착제에 남아있는 물질들의 크로마토그램이고;
도 16은 플라즈마 발생장치에서 톨루엔이 분해되는 메커니즘을 간략하게 설명해 주는 도식이고;
도 17은 각 플라즈마 발생장치의 전압 증가에 따라 발생한 인풋 파워에 따른 에너지 효율을 나타내는 그래프이다.
도 2는 종래 플라즈마 발생장치(a) 및 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생장치(b 및 c)의 구조를 모식도로 나타낸 것이고;
도 3 내지 도 5는 각 플라즈마 발생장치에서의 플라즈마 전류의 인텐시티를 나타낸 그래프이고;
도 6은 각 플라즈마 발생장치의 플라즈마에서 발생되는 빛의 강도를 분석한 그래프이고;
도 7은 각 플라즈마 발생장치에서 전압 증가에 따른 플라지마 인풋 파워를 나타낸 그래프이고;
도 8은 각 플라즈마 발생장치에서 플라즈마 인풋 파워에 따른 오존의 생성량을 나타낸 그래프이고;
도 9는 각 플라즈마 발생장치에서 플라즈마 인풋 파워에 따른 무기화율을 나타낸 그래프이고;
도 10은 각 플라즈마 발생장치에서 플라즈마 인풋 파워에 따른 이산화탄소 선택도를 나타낸 그래프이고;
도 11 내지 도 13은 각 플라즈마 발생장치에서 시간에 따른 이산화탄소, 일산화탄소와 톨루엔의 농도를 보여주는 그래프이고;
도 14는 각 플라즈마 발생장치에서 전압에 따른 오존의 사용량과 배출되는 양을 보여주는 그래프이고;
도 15는 각 플라즈마 발생장치에서 처리 후 흡착제에 남아있는 물질들의 크로마토그램이고;
도 16은 플라즈마 발생장치에서 톨루엔이 분해되는 메커니즘을 간략하게 설명해 주는 도식이고;
도 17은 각 플라즈마 발생장치의 전압 증가에 따라 발생한 인풋 파워에 따른 에너지 효율을 나타내는 그래프이다.
이하, 첨부된 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 다만, 본 발명이 예시적 실시 예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일 참조부호는 실질적으로 동일한 기능을 수행하는 부재를 나타낸다.
본 발명의 목적 및 효과는 하기의 설명에 의해서 자연스럽게 이해되거나 보다 분명해 질 수 있으며, 하기의 기재만으로 본 발명의 목적 및 효과가 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
본 발명은
하나의 전원 공급부에 병렬로 연결되는 적어도 2개 이상의 플라즈마 발생부를 포함하고,
상기 2개 이상의 플라즈마 발생부는 하나의 접지 전극과 연결되고,
상기 플라즈마 발생부 각각은 고전압 전극, 유전체 장벽 및 흡착 영역을 포함하는 유전체 장벽 플라즈마 발생장치를 제공한다.
이때, 도 1에 본 발명의 일 실시예를 따르는 유전체 장벽 플라즈마 발생장치(1000)를 모식도로 나타내었으며,
이하, 도 1의 모식도를 참조하여 본 발명에 따른 유전체 장벽 플라즈마 발생장치에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명에서 제시하는 흡착이 가능한 기체 상태의 오염물질(예를 들어 휘발성 유기 화합물 등)을 제거하기 위한 유전체 장벽 플라즈마 발생장치(1000)는 플라즈마 발생부(200)를 분할시킴과 동시에 전극 연결 구조를 개선시켜 플라즈마의 방전 특성을 바꾸어 흡착된 오염물질의 제거 효율을 증가시키는 데 목적을 둔다. 또한, 분할되어 2개 이상의 복수 개로 형성된 플라즈마 발생부 각각의 방전영역 내부에 흡착제(232)를 포함하는 흡착 영역(230)을 형성시킴으로써 타겟물질(또는 오염물질)의 레지던스 타임을 증가시켰다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 일 실시예에 따른 병렬 유전체 장벽 플라즈마 발생장치(1000)는 전원 공급부(100), 플라즈마 발생부(200) 및 접지 전극(300)을 포함한다. 또한, 상기 플라즈마 발생장치는 가스 주입부(400) 및 가스 유출부(500)를 포함할 수 있다. 특히, 유전체 장벽 플라즈마 발생장치(1000)는 기체 상태로 배출되는 유기화합물 제거에 사용될 수 있다.
상기 전원 공급부(100)는 물리적으로 단일하게 마련되어, 복수의 플라즈마 발생부(200) 각각에 포함된 고전압 전극(210)과 연결될 수 있다. 특히, 전원 공급부는 복수의 고전압 전극과 병렬로 연결될 수 있다. 이에 따라, 플라즈마 발생부는 하나의 전원 공급부에 연결될 수 있다.
본 발명의 플라즈마 발생장치(1000)는 단일한 전원 공급부(100)에 병렬로 연결된 고전압 전극(210)을 구성함으로써, 동일한 전압이 공급되는 조건에서 각 고전압 전극(210)의 저항을 낮출 수 있으며, 이에 따라 전류의 공급이 향상되는 효과를 기대할 수 있다.
상기 플라즈마 발생부(200)는 복수로 구비되고, 바람직하게는 2개 이상의 플라즈마 발생부로 구성될 수 있고, 더욱 바람직하게는 4개 이상의 플라즈마 발생부로 구성될 수 있으며, 4개의 플라즈마 발생부를 포함할 수 있다. 상기 플라즈마 발생부는 하나의 접지 전극(300)과 연결된다.
또한, 각각의 플라즈마 발생부(200)는 고전압 전극(210), 유전체 장벽(220) 및 흡착 영역(230)을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 각각의 플라즈마 발생부(200)는 일렬로 배치될 수 있으며, 원기둥 형태로 제공될 수 있다. 상기 플라즈마 발생부(200)에서는 고전압 전극(210)과 접지 전극(300) 간 이격거리에서 플라즈마가 발생할 수 있다.
또한, 상기 플라즈마 발생부(200)에 포함되는 유전체 장벽(220)은 2개 이상인 플라즈마 발생부 각각을 격리할 수 있다. 상기 유전체 장벽(220)은 알루미나로 구성된 관일 수 있다.
나아가, 상기 플라즈마 발생부(200)에 포함되는 흡착 영역(230)은 지지체(231) 및 흡착제(232)를 포함한다. 상기 흡착제를 각각의 플라즈마 발생부의 방전영역에 포함시켜 타겟 물질의 잔여 시간을 향상시킬 수 있다. 상기 흡착제는 제올라이트 흡착층을 포함할 수 있다.
전술한 바와 같이 2개 이상인 복수의 고전압 전극(210)은 하나의 전원 공급부(100)와 병렬 연결될 수 있다. 하나의 고전압 전극이 하나의 전원 공급부에 연결되는 경우 또는 복수의 고전압 전극이 복수의 전원 공급부에 연결되는 경우보다, 복수의 고전압 전극 각각이 단일한 전원 공급부에 병렬연결됨에 따라, 각 고전압 전극의 저항이 감소하게 되며, 이에 따라 단일한 전원 공급부를 갖는 구성을 통해 향상된 전류가 공급될 수 있다.
이와 동시에, 본 발명에서는 복수의 플라즈마 발생부(200)를 관통하여 형성되는 단일 접지 전극(300)을 포함하고, 각각의 플라즈마 발생부의 유전체 장벽(220) 또는 방전 영역 내에는 흡착 영역(230)을 구성함으로써 타겟 물질의 레지던스 타임을 증가시켜 월등히 높은 에너지 효율을 나타낼 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생장치(1000)는 상기 플라즈마 발생부(200)에 가스를 주입하는 가스 주입부(400); 및 상기 플라즈마 발생부로부터 가스를 유출시키는 가스 유출부(500);를 더 포함할 수 있다.
상기 가스 주입부(400)는 플라즈마 발생부(200)로 가스를 주입할 수 있다. 상세하게는, 상기 가스 주입부는 일렬로 배치된 2개 이상의 플라즈마 발생부 중 1개의 플라즈마 발생부로 가스를 주입할 수 있다. 이후, 가스는 후단에 배치된 플라즈마 발생부로 전달될 수 있다. 즉, 가스 주입부는 분할 형성된 2개 이상의 플라즈마 발생부 각각으로 가스를 주입하지 않고, 후단에 위치한 1개의 플라즈마 발생부로 주입되며, 그 후단으로 연결된 플라즈마 발생부들로 가스를 이동시킨다.
또한, 상기 가스 유출부(500)는 플라즈마 발생부(200)로부터 가스를 유출할 수 있다. 상기 가스 유출부는 가장 말단에 위치한 플라즈마 발생부 내부의 가스를 외부로 유출할 수 있다. 가스 유출부 또한 가스 주입부와 마찬가지로 단수로 제공될 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예를 따른 플라즈마 발생장치(1000) 및 종래의 플라즈마 발생장치를 이용하여 실제 휘발성 유기 화합물인 톨루엔을 사용하여 분해 실험을 수행하였으며, 하기 실시예 및 실험예를 통해 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
<실시예>
도 2는 각 실시예에 따른 플라즈마 발생장치를 나타낸다. 구체적으로, 도 2의 (a)는 종래 단일 플라즈마 발생부를 포함하는 플라즈마 발생장치(reactor 1)를 나타내었으며, (b)는 본 발명의 실시예에 따른 2개로 분할된 플라즈마 발생부를 포함하는 플라즈마 발생장치(reactor 2)를 나타내었고, (c)는 본 발명의 실시예에 따른 4개로 분할된 플라즈마 발생부를 포함하는 플라즈마 발생장치(reactor 3)를 나타내었다.
이때, (a) 내지 (c)의 플라즈마 발생장치(reactor 1 내지 3)에서 플라즈마 발생부의 방전 영역의 크기는 동일하며, 각 발생장치에서 유전체 장벽은 알루미나관을 사용하였다.
전원을 교류 13 kV 내지 16 kV, 주파수 60Hz를 사용하여 공급해주었고 분해 실험 시 1시간 동안 방전을 하였다. 또한, 플라즈마 방전시 가스로 에어가스를 사용하여 방전 및 분해 실험을 실시 하였다.
<실험예>
본 발명에 따른 플라즈마 발생장치의 제거 효율을 확인하기 위하여, 도 2의 모식도로 나타낸 (a) 내지 (c)의 플라즈마 발생장치를 통해 다양한 실험을 수행하였으며, 그 결과를 도 3 내지 도 17에 나타내었다.
도 3 내지 5는 각 플라즈마 발생장치의 플라즈마 전류의 인텐시티를 보여준다. 방전영역(플라즈마 발생부)이 2개 또는 4개인 경우 전류의 인텐시티가 커지고 필라멘트라 불리는 마이크로 디스차지의 발생 밀도가 증가하는 것을 확인할 수 있다. 이는 플라즈마 발생부를 병렬로 연결함으로써 반응기 전체에 걸리는 저항을 감소시켜 더 많은 전류가 흐를 수 있다고 생각을 할 수 있다. 이 효과로 기대할 수 있는 점은 플라즈마 방전 영역에서 전자와 가스 분자의 충돌 확률을 높일 수 있다는 것이다. 이 점은 가스 분해에서 가장 중요한 활성종, metastable 분자, 산소 원자를 만드는 중요한 과정이기 때문이다. 전류의 증가로 충돌확률이 증가하면 더 많은 양의 활성종, metastable 분자, 산소 원자가 생길 수 있기 때문이다.
도 6은 각 플라즈마 발생장치의 플라즈마에서 발생하는 빛의 강도를 나타낸다. 여기서 빛의 강도는 플라즈마에서 발생되는 전자의 에너지와 밀도를 상대적으로 나타낸다. 전극이 분할될수록 빛의 강도가 강한 것을 확인할 수 있으며, 이를 보면 분할된 전극에서 더 강한 전자와 더 많은 전자가 발생하여 플라즈마의 밀도가 증가한 것을 알 수 있다.
도 7은 각 플라즈마 발생장치에서의 전압에 따른 플라즈마 인풋 파워를 나타낸다. 방전영역이 더 분할될수록 같은 전압에서 플라즈마 인풋 파워가 증가하는 것을 알 수 있다. 이는 단위부피당 들어가는 에너지가 많다는 것을 의미한다.
이제까지 얻어진 물리적인 정보로, 실제로 휘발성 유기화합물 분해에 적용해보았다. 유전체 장벽 플라즈마 발생장치에서 휘발성 유기화합물이 분해되는 과정은 2가지로 생각할 수 있다. 플라즈마에 의해 발생된 오존에 의해서 산화되는 과정과 플라즈마에서 발생된 라디칼, 활성종과 산소 원자 등과 같이 플라즈마 영역 안에서 존재할 수 밖에 없는 소스들에 의해 분해되는 과정이다. 여기서 오존에 의한 산화정도를 알아보기 위하여 각 플라즈마 발생장치의 오존 생성 능력을 평가하였다.
도 8은 각 플라즈마 발생장치에서 플라즈마 인풋 파워에 따른 오존 생성양을 보여준다. 이는 앞서 이야기한 플라즈마의 특성 변화로 인하여 4개의 플라즈마 발생부를 포함하는 플라즈마 발생장치인 (c)에서의 오존 생성양이 가장 많음을 확인할 수 있다. 그래프의 각 포인트에 기재된 13, 14, 15 및 16은 인가된 전압으로 13 V 내지 16 V를 의미한다.
도 9에서는 각 플라즈마 발생장치에서 플라즈마 인풋 파워에 따른 무기화율을 보여준다. 더 분할된 전극에서 더 많은 톨루엔이 이산화탄소와 일산화탄소로 분해되는 것을 확인할 수 있다.
도 10에서는 각 플라즈마 발생장치에서 플라즈마 인풋 파워에 따른 이산화탄소 선택도를 보여준다. 분할되지 않았을 때((a) reactor 1의 경우), 일산화탄소가 일정량이 발생하였지만 분할되었을 때((b) reactor 2 및 (c) reactor 3의 경우), 일산화탄소가 거의 발생하지 않는 것을 확인할 수 있다.
이는 도 11 내지 도 13에서 더 정확하게 설명해준다. 도 11 내지 13은 각 플라즈마 발생장치에서 시간에 따른 이산화탄소, 일산화탄소와 톨루엔의 농도를 보여준다. 단일 플라즈마 발생부를 포함하는 플라즈마 발생장치((a) reactor 1)에서 플라즈마 방전과 동시에 일산화탄소와 이산화탄소가 동시에 발생하고 방전이 끝날 때까지 발생하는 것을 확인할 수 있다. 하지만, 2개의 플라즈마 발생부를 포함하는 플라즈마 발생장치((b) reactor 2) 및 4개의 플라즈마 발생부를 포함하는 플라즈마 발생장치((c) reactor 3)에서 일산화탄소가 처음 생기자 마자 감소하는 것을 확인할 수 있고 이산화탄소가 급격하게 증가했다가 감소하는 것을 확인할 수 있다. 이는 분할된 플라즈마 방전 영역을 하나의 반응기 단이라고 생각하면 쉽게 이해할 수 있다. 첫 번째 단에서 발생한 일산화탄소가 두 번째 플라즈마 단으로 들어가면서 이산화탄소로 완전 산화되었다고 이해할 수 있다. 이는 분할된 방전영역의 또 다른 장점으로 생각할 수 있다.
도 14는 각 플라즈마 발생장치에서 발생된 오존이 얼만큼 사용되었는지, 배출되었는지 보여준다. 방전영역이 더 분할될수록 오존의 생성량은 증가했지만 오존의 사용량은 크게 다르지 않았다. 실제로 도 9에서 보여주듯이 같은 플라즈마 인풋 파워에서 4개로 분할된 플라즈마 발생부를 포함하는 플라즈마 발생장치((c) reactor 3)의 무기화율이 높았지만 도 14에서 나타낸 바와 같이 사용된 오존의 양은 비슷했다. 이는 오존을 제외하고 다른 소스로 인하여 톨루엔이 분해되었다고 판단할 수 있다.
도 15은 각 플라즈마 발생장치에서 처리 후 흡착제에 남아있는 물질들의 크로마토그램이다. 각 피크는 1: ethanol, 2: toluene, 3: C5H12, 4: C6H14, 5: C7H16, 6: C8H18, 7: C9H20, 8: C10H22 (isomer), 9: C10H22 (isomer), 10: C10H22 (isomer)이다. 이는 플라즈마에서 발생한 전자와 활성종들에 의해서 벤젠고리가 깨져 나오는 중간 생성물이다. 특히 4개로 분할된 플라즈마 발생장치를 적용하였을 경우 그 양이 많아지는 것을 확인할 수 있다. 이는 톨루엔 분해에 굉장한 영향을 끼친 것으로 확인할 수 있다.
도 16은 플라즈마 발생장치에서 톨루엔이 분해되는 메커니즘을 간략하게 설명해 주는 도식이다. 오존은 비교적 낮은 산화포텐셜을 갖고 있어 톨루엔의 벤젠고리를 바로 공격해 분해할 수 없다. 그렇기 때문에 흡착되어 있는 톨루엔 제거에 있어서 흡착제 표면에 흡착되어 있는 톨루엔이 공기와 접해있는 표면적이 정해져 있어 일정량의 오존만이 톨루엔과 반응할 수 밖에 없다는 것을 알 수 있다. 하지만 플라즈마에서 발생하는 전자와 활성종들은 그 보다 더 높은 산화포텐셜을 갖고 있기 때문에 톨루엔의 벤젠고리를 쉽게 부술 수 있다. 그렇기 때문에 2개 또는 4개의 플라즈마 발생부를 포함하는 플라즈마 발생장치에서 보다 많은 사슬형태의 중간생성물이 생성됨을 알 수 있다. 표면에 이와 같은 중간생성물이 많아지면 그 만큼 오존의 공격할 수 있는 지점이 많아 지기 때문에 오존이 조금 더 효율적으로 사용될 수 있었다.
또한, 도 17에는 각 플라즈마 반응장치의 에너지 효율을 나타내었다. 2개 또는 4개의 플라즈마 발생부를 포함하는 플라즈마 발생장치에서 저전압(13kV 내지 14kV)일 때 더 낮은 에너지로 월등히 많은 물질을 분해할 수 있음을 확인할 수 있다. 이와 같이 본 발명에서 제시하는 플라즈마 발생장치는 13kV 내지 14kV의 상대적으로 낮은 전압에서 에너지를 효율적으로 사용할 수 있는 고효율 유전체 장벽 플라즈마 발생장치이다.
실험 결과, 오염원의 제거 과정에서 중요한 것은 오존의 양과 플라즈마 영역에서 발생되는 라디칼, 활성종, metastable 분자와 산소 원자, 그리고 플라즈마 영역 안에 머무는 시간이다. 본 발명에서 고안한 병렬 유전체 장벽 플라즈마 반응기는 많은 오존을 발생시킬 수 있고 타겟 물질을 플라즈마 영역안에 잡아 둘 수 있어서 플라즈마에서 발생되는 산화 포텐셜이 높은 전자와 활성종의 영향을 받을 수 있다. 이는 쉽게 분해되지 않는 결합을 쉽게 분해할 수 있고 다량으로 만들어지는 오존에 의해 더 많은 양의 타겟 물질을 처리할 수 있게 한다.
이상에서 대표적인 실시 예를 통하여 본 발명을 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시 예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리 범위는 설명한 실시 예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 특허청구범위와 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태에 의하여 정해져야 한다.
1000: 플라즈마 발생장치
100: 전원 공급부
200: 플라즈마 발생부
210: 고전압 전극
220: 유전체 장벽
230: 흡착 영역
231: 지지체
232: 흡착제
300: 접지 전극
400: 가스 주입부
500: 가스 유출부
100: 전원 공급부
200: 플라즈마 발생부
210: 고전압 전극
220: 유전체 장벽
230: 흡착 영역
231: 지지체
232: 흡착제
300: 접지 전극
400: 가스 주입부
500: 가스 유출부
Claims (7)
- 하나의 전원 공급부에 병렬로 연결되는 적어도 2개 이상의 플라즈마 발생부를 포함하고,
상기 2개 이상의 플라즈마 발생부는 하나의 접지 전극과 연결되고,
상기 플라즈마 발생부 각각은 고전압 전극, 유전체 장벽 및 흡착 영역을 포함하는 유전체 장벽 플라즈마 발생장치.
- 제1항에 있어서,
상기 유전체 장벽 플라즈마 발생장치는 기체 상태로 배출되는 유기화합물 제거에 사용되는 것을 특징으로 하는 유전체 장벽 플라즈마 발생장치.
- 제1항에 있어서,
상기 플라즈마 발생부는 4개의 플라즈마 발생부를 포함하는 유전체 장벽 플라즈마 발생장치.
- 제1항에 있어서,
상기 고전압 전극은 상기 하나의 전원 공급부와 병렬 연결된 것을 특징으로 하는 유전체 장벽 플라즈마 발생장치.
- 제1항에 있어서,
상기 흡착 영역은 지지체 및 흡착제를 포함하는 유전체 장벽 플라즈마 발생장치.
- 제1항에 있어서,
상기 하나의 전원 공급부에 병렬로 연결되는 적어도 2개 이상의 플라즈마 발생부는 일렬로 배치되는 것을 특징으로 하는 유전체 장벽 플라즈마 발생장치.
- 제1항에 있어서,
상기 유전체 장벽 플라즈마 발생장치는,
상기 플라즈마 발생부에 가스를 주입하는 가스 주입부; 및
상기 플라즈마 발생부로부터 가스를 유출시키는 가스 유출부;를 더 포함하는 유전체 장벽 플라즈마 발생장치.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020180086257A KR102118740B1 (ko) | 2018-07-24 | 2018-07-24 | 흡착 가능한 기체 형태의 물질을 제거하기 위한 고효율 평행 유전체 장벽 플라즈마 발생장치 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020180086257A KR102118740B1 (ko) | 2018-07-24 | 2018-07-24 | 흡착 가능한 기체 형태의 물질을 제거하기 위한 고효율 평행 유전체 장벽 플라즈마 발생장치 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20200011319A true KR20200011319A (ko) | 2020-02-03 |
| KR102118740B1 KR102118740B1 (ko) | 2020-06-03 |
Family
ID=69627213
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020180086257A KR102118740B1 (ko) | 2018-07-24 | 2018-07-24 | 흡착 가능한 기체 형태의 물질을 제거하기 위한 고효율 평행 유전체 장벽 플라즈마 발생장치 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102118740B1 (ko) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20220012020A (ko) * | 2020-07-22 | 2022-02-03 | 인하대학교 산학협력단 | 질소 산화물 제거를 위한 플라즈마 시스템 |
| KR20240050141A (ko) | 2022-10-11 | 2024-04-18 | 주식회사 조은환경 | 악취 제거 용량 증가가 용이한 고효율 다단 평행 유전체 장벽 플라즈마 발생장치 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006175422A (ja) * | 2004-06-29 | 2006-07-06 | Mitsubishi Electric Corp | 揮発性有機化合物処理装置 |
| JP4334004B2 (ja) * | 2004-09-30 | 2009-09-16 | キヤノン株式会社 | プラズマ放電リアクターおよびガス処理装置 |
-
2018
- 2018-07-24 KR KR1020180086257A patent/KR102118740B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006175422A (ja) * | 2004-06-29 | 2006-07-06 | Mitsubishi Electric Corp | 揮発性有機化合物処理装置 |
| JP4334004B2 (ja) * | 2004-09-30 | 2009-09-16 | キヤノン株式会社 | プラズマ放電リアクターおよびガス処理装置 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20220012020A (ko) * | 2020-07-22 | 2022-02-03 | 인하대학교 산학협력단 | 질소 산화물 제거를 위한 플라즈마 시스템 |
| KR20240050141A (ko) | 2022-10-11 | 2024-04-18 | 주식회사 조은환경 | 악취 제거 용량 증가가 용이한 고효율 다단 평행 유전체 장벽 플라즈마 발생장치 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR102118740B1 (ko) | 2020-06-03 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6170668B1 (en) | Apparatus for extraction of contaminants from a gas | |
| RU2391801C2 (ru) | Плазмотрон атмосферного давления | |
| US20080056934A1 (en) | Diffusive plasma air treatment and material processing | |
| KR101433955B1 (ko) | 공기 정화 및 공기 살균을 위한 장치 | |
| US6818193B2 (en) | Segmented electrode capillary discharge, non-thermal plasma apparatus and process for promoting chemical reactions | |
| CA2462614A1 (en) | Sterilization and decontamination system using a plasma discharge and a filter | |
| CN108970348B (zh) | 低温等离子体发生器和低温等离子体处理污染物的方法及其应用 | |
| KR102118740B1 (ko) | 흡착 가능한 기체 형태의 물질을 제거하기 위한 고효율 평행 유전체 장벽 플라즈마 발생장치 | |
| KR101661135B1 (ko) | 플라즈마를 이용한 수처리 장치 | |
| CA2553804A1 (en) | Capillary-in-ring electrode gas discharge generator for producing a weakly ionized gas and method for using the same | |
| US20050133927A1 (en) | Field-enhanced electrodes for additive-injecton non-thermal plasma (NTP) processor | |
| US7298092B2 (en) | Device and method for gas treatment using pulsed corona discharges | |
| US20190287763A1 (en) | Diffusive plasma air treatment and material processing | |
| US9381267B2 (en) | Apparatus for air purification and disinfection | |
| JP2003080058A (ja) | 反応性ガスの発生方法およびその発生装置 | |
| KR20020083564A (ko) | 다중 플라즈마 발생장치 | |
| US20100038248A1 (en) | Microstructured fiber electrode for the corona discharge initiation reaction | |
| Sato et al. | Decomposition of phenol in water using water surface plasma in wetted-wall reactor | |
| JP2003080059A (ja) | 反応性ガスを用いた物質処理方法およびその装置 | |
| KR101647480B1 (ko) | 고농도 과산화수소 증기 제거용 대기압 플라즈마 장치 | |
| Gasparik et al. | Effect of CO2 and water vapors on NOx removal efficiency under conditions of DC corona discharge in cylindrical discharge reactor | |
| Bisht et al. | Plasma applications for environmental protection | |
| Sidik et al. | Variation of Pattern and CavityDiameter of Aluminium Perforated with Single Glass Dielectric Barrier for Ozone Generation | |
| US7855513B2 (en) | Device and method for gas treatment using pulsed corona discharges | |
| KR20160116178A (ko) | 휘발성 유기 화합물 제거용 유전체 장벽 플라즈마 반응 장치 및 이를 이용한 휘발성 유기 화합물의 제거방법 |
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 |