VOCs 및 악취의 동시처리를 위한 하이브리드 시스템에 적용되는 촉매 특성 분석

국문 초록 (Abstract)

휘발성 유기화합물(VOCs, Volatile Organic Compounds)은 자연계에서 발생하지만, 대부분 인간의 산업 활동에 의해 배출된다. 이는 주로 도장, 인쇄, 금속표면처리, 드라이클리닝 등 유기용제의 사용 외에 액체연료의 수송, 저장, 사용 등의 고정 배출원과 자동차 등과 같은 이동 배출원에서 배출된다. 이들은 증기압이 높아 대기중으로 증발되면, 대기 중에서 질소산화물(NOx) 존재 하에 오존, OH 라디칼 등과 같은 광화학 옥시던트를 발생시키며, 자극성 및 독성이 매우 강하여 인체에 피해를 준다. 또한 각종 산업분야에서 발생되는 VOC는 각각의 발생원에 따라 농도, 조성 및 가스량, 온도 등의 조건이 크게 다르므로, VOC를 경제적이고 효율적으로 제어하기 위해서는 각각의 조건이나 처리목적에 따라 처리방식과 적절한 방지기술이 선정되어야 한다. 현재까지의 VOC 처리장치에 의한 제어기술은 저농도나 회수가 불가능할 경우 이용되는 분해기술과 회수하여 재사용하고자 하는 회수기술로 분류되며, VOC 파괴기술로는 연소기술이 이용되는데, 재생열 회수장치를 포함한 열 산화법과 촉매산화법이 이 기술에 해당한다. VOC 회수기술에는 흡착, 흡수, 응축 등이 포함되며 이외에도 생물학적 처리법, 분리막법, 플라즈마 기술이나 Hybrid기술을 이용한 방지기술이 개발되어 활용되고 있다. 본 연구는 VOCs 및 악취를 동시에 처리하기 위한 하이브리드 시스템에서 사용하고자하는 촉매의 선정과 촉매특성에 관한 내용으로, 알루미나 지지체에 담지된 촉매별 톨루엔의 제거 특성을 실험규모에서 실시하였는데, 비교적 저온 영역인 400℃이하에서 니켈과 망간이 톨루엔의 분해 전환율이 99%로 매우 높았으며 또한 암모니아에 대한 분해 특성도 망간이 99%로 매우 우수하여 하이브리드 촉매로 망간을 선정하였다. 망간의 담지량은 대략 3 ~ 7% 담지시 매우 우수한 성능을 나타냄을 알 수 있었으며, 또한 망간 5%담지된 알루미나 촉매의 경우 반응 실험 결과 공간속도가 20,000~24,000 hr-1 범위에 있을 때 동시 처리가 가능함을 알 수 있었으며, 망간 촉매의 톨루엔 유입농도 특성을 분석한 결과 400 PPM까지는 안정적인 분해가 이루어졌으며, 암모니아의 경우 유입농도가 증가할수록 분해효율이 감소하는 현상을 나타내고 있었는데 이는 톨루엔과는 다르게 암모니아 산화반응에서는 암모니아 자체가 열 공급원의 역할을 하지 않고 단지 산소를 소모시키게 되므로 더욱 많은 열에너지가 필요함을 확인할 수 있었다.