Mendoza, Joseph Albert;Lee, Dong Hoon;Kang, Joo-Hyon
Environmental Engineering Research
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제21권3호
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pp.291-296
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2016
Application of photocatalytic nanoparticles has been recently gaining an increased attention as air purifying material for sustainable urban development. The present work reports the photocatalytic removal of gaseous phase nitrogen oxides ($NO_x$) using $TiO_2$-coated zeolite to be applied as a filter media for the urban green infrastructure such as raingardens. The $TiO_2$-coated zeolite was synthesized by simple wet chemistry method and tested in a continuous-flow photo-reactor for its removal efficiency of $NO_x$ under different conditions of the weight percentage of $TiO_2$ coated on the zeolite, and gas retention time. The removal efficiency of $NO_x$ in general increased as the weight percentage of $TiO_2$ coated on the zeolite increased up to 15-20%. Greater than 90% of $NO_x$ was removed at a retention time of one minute using the $TiO_2$-coated zeolite ($TiO_2$ weight percentage = 20%). Overall, $TiO_2$-coated zeolite showed greater efficiency of $NO_x$ removal compared to $TiO_2$ powder probably by providing additional reaction sites from the porous structure of zeolite. It was presumed that the degradation of $NO_x$ is attributed to both the physical adsorption and photocatalytic oxidation that could simultaneously occur at the catalyst surface.
직경 수 마이크론급의 Ag 코팅 Cu 플레이크를 제조하기 위한 선행공정으로 습식 화학적 합성법으로 제조된 서브마이크론급의 Cu 입자를 볼 밀링 공정을 통해 프레이크화 하였다. 입자들의 산화 및 응집을 막기 위해 볼 밀링 유체로는 에틸렌글리콜을 사용하였고, 에틸아세테이트 표면개질제도 첨가하였다. 용기의 회전수에 따른 실험 결과를 통해 회전수에 따른 회전 모드의 변화가 밀링 후 Cu 입자들의 평균적인 형상과 형상 균일도를 크게 변화시킴을 확인할 수 있었다. 또한 첨가한 지르코니아 볼의 직경 역시 Cu 입자들의 플레이크화 균일도를 결정하는 대표 공정변수임을 확인할 수 있었다. 그 결과 다소간의 응집체를 포함한 서브마이크론급의 Cu 입자를 사용했음에도 불구하고, 회전수, 표면개질제 첨가량, 그리고 지르코니아 볼의 직경 등의 대표 공정변수들을 최적화한 볼 밀링 공정을 통해 분산성이 우수한 수 마이크론급의 Cu 플레이크를 성공적으로 제조할 수 있었다.
본 연구에서는 다양한 알루미나 지지체의 $CH_4-SCR$ 반응특성을 확인하기 위하여 $Pt/Al_2O_3$를 기본으로 한 촉매에 Mg을 담지하여 습식함침법으로 제조하였다. $Pt/Al_2O_3$ 촉매에 지지체인 알루미나를 복합형태(composite-$Al_2O_3$)로 바꾸고, Mg을 담지시킬 경우 electrophobic 특성으로 인해 활성금속 Pt의 산소종을 제어하였다. 산소종이 제어된 Pt는 환원제로 사용되는 $CH_4$에서 $CO_2$로의 산화를 억제시킨다. 또한 Mg의 첨가는 촉매표면에서의 NOx storage 특성으로 인한 NO species 흡착 증진과 NO의 $NO_2$로의 전환을 증진시켰다.
본 논문은 회분식 반응기에서 습식 산화법으로 합성한 칼륨 페레이트(VI)에 의한 난분해성 아조 염료Reactive Black 5의 분해 과정을 연구하는 것을 목적으로 한다. 수용액에서 RB5의 분해는 pH, Ferrate (VI) 투입량, 초기 농도, 수용액 온도 등 다양한 변수의 조건에서 연구되었다. RB5 경우에는 최대 분해 효율은 pH 7.0에서 63.2%가 달성되었으며, 이 실험 조건에서 얻은 kapp 값은 190.49 M-1s-1으로 나타났다. 온도 또한 가장 중요한 매개 변수 중 하나로 연구되었으며, 그 결과로부터 온도(45℃까지)를 증가시키면 페레이트(VI)에 의한 아조 화합물 염료의 분해 효율이 증가하고, 온도가 45℃를 초과하면 분해 효율이 저하되는 것으로 나타났다.
연소시설에서는 화석연료에 포함된 질소와 황이 산소와 반응하여 대기 오염물질인 질소산화물(NOX)과 황산화물(SOX)을 발생시킨다. 인체에 유해하고 환경 오염을 야기하는 NOX, SOX를 저감하기 위해 전세계적으로 환경규제를 시행 중이며, 규제를 충족하기 위해 다양한 기술들을 적용하고 있다. 상용화된 NOX 및 SOX 저감방식들로 SCR (selective catalytic reduction), SNCR (selective non-catalytic reduction), WFGD (wet flue gas desulfurization) 등이 있으나 이 방식들의 단점들 때문에 NOX, SOX를 동시제거하는 연구가 근래 많이 수행되고 있다. 그러나 NOX, SOX 동시 제거 방식에서도 산화제 및 흡수제로 인한 폐수 발생에 대한 문제점, 특정 산화제를 활성화 하기 위한 촉매 및 전기분해 사용에 따른 비용 발생, 마지막으로 기체 산화제들 자체 유해성의 문제점을 가지고 있다. 따라서 본 연구에서는 NOX, SOX 동시처리 방식의 단점들을 보완하고자 고압분산기에서 생성된 마이크로버블과 환원제를 이용하여 비용절감 및 폐수처리 시 환경부하저감 가능성을 확인해 하고자 하였다. 분산기가 마이크로버블을 생성하는 것을 이미지 프로세싱과 ESR (electron spin resonance) 분석을 통해 확인하였으며, 마이크로버블만을 이용하여 온도에 따른 NOX, SOX 제거율 성능 테스트도 진행하였다. 뿐만 아니라 폐수를 저감하기 위해 환원제와 마이크로버블을 이용하여 습식으로 NOX 제거율 약 75%, SOX 제거율 99%를 달성하였다. 본 마이크로버블 시스템에 산화제를 함께 투여할 경우 NOX, SOX제거율 모두 99%이상을 달성 하였다. 이러한 연구 결과를 토대로 습식산화제거방식을 적용하는 시설의 단점이었던 비용 및 환경 문제를 해결함에 기여할 수 있을 것으로 기대 된다.
본 연구에서는 $Ni/Al_2O_3$ 촉매를 사용한 에틸렌글리콜의 수증기 개질반응에서 제조 방법에 따른 영향을 알아보았다. 촉매들은 건식 함침법, 습식 함침법 그리고 공침법을 사용하여 제조하였다. 공침법을 사용하여 촉매 제조시 침전제를 KOH, $K_2CO_3$, $NH_4OH$를 각각 사용하여 침전제에 따른 영향 또한 알아보았다. 제조한 촉매들은 질소 물리흡착, 유도결합 플라즈마 질량분석법(ICP-AES), X선 회절법(XRD), 수소 승온 환원법(TPR), 수소 화학흡착, 승온 산화법(TPO), 주사전자현미경(SEM), 열분석법(TGA)을 사용하여 촉매의 물리화학적인 특성을 분석하였다. 773 K에서 환원한 촉매의 경우 KOH 혹은 $K_2CO_3$를 침전제로 사용하여 공침법으로 제조한 촉매가 가장 높은 활성을 보였다. 촉매 제조 방법은 Ni의 입자크기, Ni 산화물의 환원도, 반응에서의 활성과 안정성, 반응 중 탄소 침적의 형태 등에 영향을 끼치는 것을 확인할 수 있었다. KOH를 침전제로 사용하여 공침법으로 제조한 촉매의 경우 환원온도를 773~1173 K까지 증가시켰을 때, Ni 입자크기의 증가에도 불구하고 Ni 산화물의 환원도가 증가하므로 반응활성이 증가하는 것으로 나타났다.
식용색소 및 공업용 염료의 인공적 착색여부를 조사한 결과, 심황색소, 식용희석황색소, 마리골드색소, 식용황색 4호, 안나토색소, 카로틴색소는 유사한 색으로 착색되었으며 다른 색소는 착색되지 않았다. 물에 의한 추출시험에서는 참조기 색소와 식용색소황색 제4호는 물에서 용출되지 않았다. 착색 후 색소의 물성실험을 한 결과 물 젖은 가제수건이나 휴지로 색소부위 표피를 문지를 경우 참조기 색소는 표면에 전혀 묻어 나오지 않으나 인공적으로 착색된 색소의 경우에는 물에 의해 색이 뚜렷하게 묻어 나왔으며 참조기의 착색 부위 표피를 아세톤으로 추출할 경우 참조기 색소는 아세톤에 옅은 황색용액으로 추출되었다. 또한, 참조기의 색소처럼 물에 용출되지 않도록 염착이 가능한 공업적 합성염료인 반응성 염료와 분산염료의 착색거동에 대해 실험한 결과, 반응성 염료는 조기에 착색되지만 물 젖은 휴지로 착색부위를 문지를 경우 색소가 용출되었고, 아세톤에는 추출되지 않아 참조기 색소와는 쉽게 판별되었으며 분산염료는 염료가 고르게 착색되지 않고 염료가 입자를 형성하며, 물 적신 휴지로 색소부위를 문지를 경우 색소가 용출됨을 알 수 있었다. 카로틴색소(참조기 색소와 구조가 유사한 색소)와 azo염료의 산화 환원 반응에 따른 소색 반응에서는 산화반응에서 azo염료는 sodium percarbonate와 peracetic acid에서는 소색이 되지 않았으나, fenton시약에서는 1시간 후 소색되었고, sodium hypochlorite에서는 바로 소색되었다. 이에 비하여 카로틴색소는 sodium percarbonate 및 fenton시약에서는 소색되지 않았으나, sodium hypochlorite에서는 2시간 후 소색되었고, peracetic acid에서는 바로 소색되었다. 또한, sodium hydrosulfite, sodium carbonate를 사용한 환원반응시험에서는 azo염료는 소색되었으나, 카로틴색소는 소색되지 않았다. 이러한 결과를 통해 두 색소의 특징적 group을 제거할 때 나타나는 소색 결과를 토대로 진품참조기와 모조참조기의 판별에 이용할 수 있을 것으로 사료된다.
현재 대부분의 굴비는 마른간법을 이용한 방법이 사용되고 있다. 마른간법은 제조 과정인 섞기에 있어서 조기의 상처가 발생할 뿐만 아니라 품질이 균일하지 못한 단점이 있다. 물간법을 이용하여 굴비를 가공할 때 상승효과를 위해서 10% 양파즙, 10% 마늘즙, 또는 양파즙과 마늘즙을 동량혼합한 것을 10% 첨가하고 12일간 상온에서 저장하면서 TVB-N, TBARS, TMA, 총균수변화를 관찰하였다. 분석 결과 마늘과 양파 혼합즙액으로 처리한 제품에서의 TVB-N 값은 88.2 mg/100 g, TMA와 TBARS는 각각 14.13 mg/100 g과 3.1$\mu$mol/kg으로 여러 처리구 중 가장 낮은 값을 보여주었다. 굴비의 지방산 조성은 30일간 저 장하면서 생조기, 염장조기, 마늘과 양파 혼합즙액을 처리한 염장조기에 대하여 지방산의 변화를 살펴본 결과 생조기와 굴비 모두 포화지방산의 비율은 32∼35%로 나타났으며, 포화지방산 중 가장 많은 비율을 차지하는 것은 palmitic acid로 21∼23%였다. 불포화지방산 중 이중결합이 1개인 monoenes의 비율은 39∼45%범위로 oleic acid가 가장 많은 비율을 차지하였다. 다가 불포화지방산의 비율은 생조기는 14%였으나 5일 건조한 것은 15∼19%로 나타났다. 저장 30일째 $\omega$-3계 지방산인 docosahexaenoic acid, eicosapentaenoic acid에 있어서 염장 않은 굴비는 7.37%와 3.71%를 보여 주었으나, 물간법에 의한 굴비는 9.46%와4.08%, 마늘 양파 혼합즙액이 함유된 물간법으로 제조된 굴비에서는 9.91%와 4.25%로 높게 나타났다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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