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소수성 제올라이트 기반의 흡착제에서 VOC 흡탈착 거동에 관한 연구
고은희(Eun Hee Ko),윤대식(Daesik Yun),류재홍(Jae-Hong Ryu),강석환(Suk-Hwan Kang),박노국(No-Kuk Park),강도형(Dohyung Kang) 한국에너지기후변화학회 2021 한국에너지기후변화학회 학술대회 Vol.2021 No.11
휘발성 유기화합물(Volatile Organic Compounds, VOCs)은 산업현장에서 발생하는 가스상의 오염물질로 대기 오염의 주원인일 뿐만 아니라, 인체에 흡수되었을 때 유해하여 산업현장의 작업환경에 악영향을 줄 수 있다. VOCs를 처리하기 위하여 일반적으로 가장 많이 사용되는 방법은 활성탄 흡착법이나, 계절 및 기상조건에 따라 온도와 습도조건이 다양하게 변하는 산업현장에서 활성탄의 흡착성능이 떨어지게 된다. 이러한 활성탄의 대체재로 제올라이트가 사용되며 최근 이를 이용해 흡착, 탈착과정을 거친 후탈착된 VOCs를 촉매산화나 연소시키는 방법의 흡착재생 순환 기술들이 개발되고 있다. 본 연구에서는 흡착재생 순환 기술을 위해 콜게이트 타입의 소수성 제올라이트 흡착제와 탈착된 VOCs를 연소시켜 제거하기 위한 산화 촉매를 연구하였다. 구체적으로, 1) 콜게이트 구조체에 Si/Al 비율이 높은 소수성 제올라이트와 비교군인 Zeolite Y를 다양한 농도에서 코팅하고 최적의 농도를 판단하였다. 2) 제올라이트가 코팅된 콜게이트 구조체를 소규모 도장공정에서 배출되는 VOCs 흡착에 활용하여 파과곡선의 형태로 흡착성능을 비교한 결과 Si/Al 비율이 높은 소수성 제올라이트, ZSM5, Zeolite Y순으로 흡착 성능을 보임을 관찰하였다. 또한 4) 흡착된 VOCs를 탈착시켜 제올라이트 종류에 따른 탈착 온도를 확인하였으며 탈착된 VOCs를 연소 촉매 상에서 산화시켜 제거하였다. 상기 연구를 바탕으로 산업현장에서 발생하는 저농도 VOCs를 농축시킨 후 이를 연소하여 제거하는 과정을 통해, 미세먼지 저감 및 작업 근무환경 개선을 위한 기초연구가 될 수 있을 전망이다.
Pt를 활성금속으로 하는 산화 촉매의 VOCs 제거성능 평가
고은희(Eun Hee Ko),권병찬(Byung Chan Kwon),부진호(Jin Ho Boo),윤대식(Daesik Yun),박노국(No-Kuk Park),강도형(Dohyung Kang) 한국에너지기후변화학회 2021 한국에너지기후변화학회 학술대회 Vol.2021 No.11
VOCs(Volatile Organic Compounds, 휘발성 유기화합물)는 증기압이 높아 대기 중으로 쉽게 증발하는 액상의 유기화합물을 의미한다. VOCs는 지표면에서 광화학반응으로 오존을 생성하고, 미세먼지의 원인이 되며, 독성 및 발암성으로 인체에 미치는 유해성이 크고, 성층권의 오존층 파괴 및 온실효과 유발기체로 지구온난화에 영향을 끼치는 물질로 알려져있다. 본 연구에서는 백금을 활성금속으로, 실리카와 알루미나를 지지체로 하는 산화 촉매를 합성하여 이를 분석하고 성능을 평가하였다. 구체적으로, 1) Si/Al 비율이 다른 다양한 지지체에 백금 촉매를 담지하여 촉매를 합성한 뒤, 2) 합성된 촉매를 SEM, BET, TPR, TEM, XRD 등 여러 기기를 통해 분석하였다. 3) 실제 인쇄공장에서 사용되는 VOCs 용제인 메틸에틸케톤(methyl-ethyl-ketone)을 사용하여 100 ℃, 150 ℃, 200 ℃, 250 ℃에서 산화반응을 수행한 결과, Si/Al의 비율이 0.5를 가진 촉매의 VOCs 산화 성능이 가장 높다는 것을 관찰했다. 4) 또한 표면적을 최대화하고 산화 환원 특성을 향상시키기 위해 ZrO₂, CeO₂, Pd를 첨가제로 추가하여 honeycomb 구조체에 다양한 농도의 슬러리로 코팅하고 이를 광학현미경으로 관찰하며 최적의 슬러리 농도를 판단하였다. 5) 최적의 농도로 코팅된 honeycomb 연소 촉매의 VOCs 제거 성능과 반응에 따른 촉매 층의 온도변화를 관찰하였다. 상기 연구결과를 바탕으로 촉매의 내구성 향상을 위한 촉매 조성 설계 및 슬러리 코팅 연구가 진행될 수 있을 것으로 전망된다.
인쇄공정에서 배출되는 VOCs 종에 따른 촉매연소특성 조사
박노국(No-Kuk Park),권병찬(Byung Chan Kwon),강도형(Dohyung Kang),윤대식(Daesik Yun),류재홍(Jae-Hong Ryu),강석환(Suk-Hwan Kang) 한국에너지기후변화학회 2020 에너지기후변화학회지 Vol.15 No.1
In this study, the catalytic combustion characteristics according to the type of volatile organic compounds (VOCs) emitted from the printing process were investigated. The combustion characteristics were analyzed with the exothermic behavior on the catalyst bed during low-temperature combustion ignition using catalysts for methyl ethyl ketone (MEK), ethyl acetate (EA), and methanol(MeOH) among VOCs used in the gravure printing process. As a result of comparing and analyzing the temperature change in the inlet, middle, and outlet portions of the honeycomb catalyst packed in the reactor for each initial ignition temperature, it was confirmed that EA, MEK and MeOH were ignited above 250 °C, 270 °C, and 200 °C, respectively. It was confirmed that the differentiation of ignition and operating temperature is required depending on the type of VOCs in the catalytic combustion process in order to prevents to acting as a precursor of ultra-fine dust after discharged to the atmosphere of the solvent used in the printing process. It was concluded the deactivation of the combustion catalysts may be caused by the formation of carbon by incomplete combustion when MEK and EA were ignited at low-temperature.
유해화학물질 배출량 변화에 관한 연구 : 배출저감계획서 작성 대상물질 중심으로
임지영(JiYoung Im),이명지(MyeongJi Lee),김현지(HyunJi Kim),류지성(JiSung Ryu),윤대식(DaeSik Yun),장용철(YongChul Jang),이청수(ChungSoo Lee) 한국환경보건학회 2020 한국환경보건학회지 Vol.46 No.2
Objectives: The purpose of this study was to investigate changes among the nine kinds of reduction chemical substances in Korea over the period of 2008-2017. We will define basic data for improving the management methods for reducing chemical substances. Methods: A survey of hazardous pollutant emissions for 2008-2017 was conducted through the pollutant Release and Transfer Register homepage. Nine kinds of designated reduction chemical substances (Benzene, Vinyl chloride, Trichloro ethylene, 1,3-butadiene, Dichloro methane, Tetrachloro ethylene, N,N-dimethylformamide, Acrylo nitrile, and Chloroform) provided the study subjects. The emission of hazardous chemicals and health effects used the National Health Statistics and Integrated Chemicals Information System (ICIS) as a reference. Results: Hazardous pollutant emissions increased by 1.2 times over the past decade, and nine types of reduction chemical substances increased by 1.6 times. By region, the emissions of reduction chemical substances over the last 10 years were in the order of Chungbuk, Gyeonggi, and Gyeongbuk. Emissions of Dichloro methane was the highest in Chungbuk and Gyeongbuk. N,N-dimethylformamide was the highest in Gyeonggi. Carcinogen pollutant emissions showed a tendency to increase continuously. In addition, group 1 carcinogen emissions showed a tendency to decrease. Conclusion: In the last decade, the amount of hazardous chemical emissions has been continuously increasing. Hazardous chemical emissions require facility improvement for continuous emissions reduction. More research on reduction of emissions is needed.
VOCs 산화촉매의 카본침적 거동 조사 : 점화온도의 영향
고은희(Eun Hee Ko),권병찬(Byung Chan Kwon),강도형(Dohyung Kang),박노국(No-Kuk Park),윤대식(Daesik Yun) 한국에너지기후변화학회 2020 에너지기후변화학회지 Vol.15 No.2
In this study, the carbon deposition on the commercial catalyst during the combustion reaction of volatile organic compounds (VOCs) was investigated. The relatively low operating temperature can cause the decompositon of volatile organic compounds on the commercial catalyst. The carbon deposition was mainly observed at the lowest activation temperature, which highly depends on the type of volatile organic compounds. The ignition temperature for catalytic combustion of methyl-ethyl-ketone(MEK), ethyl acetate(EA), and methanol(MeOH) on a Pt-Pd/Al₂O₃-SiO₂-MgO-CeO₂ commercial catalyst was measured under 200 °C. MEK and EA was ignited above 160 and 200 °C, respectively, while MeOH was ignited below 100 °C. While no carbon deposition occurred in the catalytic combustion of MEK and EA, the severe carbon deposition was clearly observed in the case of the MeOH combustion above 160 °C and below 110 °C. When MEK-EA-MeOH mixed solvent is used, carbon deposition may occur due to catalytic decomposition of methanol, and carbon monoxide generated from the decomposition of methanol on the acidic sites of the catalyst may be deposited into the solid carbon by Boudouard reaction. Since carbon deposition can decrease the lifetime of the catalysts, in order to avoid carbon deposition, it is necessary to lower the acidity of the catalyst and operate the oxidation reaction at above 200 °C.
VOC 연소를 위한 상용 촉매의 표면특성 분석 및 온도에 따른 점화특성
박노국(No-Kuk Park),권병찬(Byung Chan Kwon),강도형(Do Hyeong Kang),이태진(Tae Jin Lee),윤대식(Daesik Yun) 한국에너지기후변화학회 2019 에너지기후변화학회지 Vol.14 No.2
In this study, the characteristics of six commercial combustion catalysts for oxidative decomposition of volatile organic compounds (VOCs) causing fine dust pollution were analyzed, and the combustion kinetics of these catalysts were investigated. Two domestic and four Chinese products were tested as a VOCs combustion catalyst. Surface morphology and crystal structure were analyzed by stereomicroscope and X-ray diffraction (XRD). The reaction behavior over the combustion catalysts was measured as a function of ignition temperature. The commercial catalyst was observed to have low uniform active site coated on the surface of most cordierite honeycomb structures except for one domestic catalyst. It was also confirmed that CeO₂ was mostly added to prevent carbon deposition, but solid carbon was deposited on the spent catalyst under reaction conditions in which high concentrations of volatile organic compounds were burned at relatively low temperatures. However, carbon deposition was not formed on the catalyst with a high Si/Al ratio. As a result, it was concluded that the strength of the acidic site over the catalyst is considered to be an important factor.