본문 바로가기
HOME> 논문 > 논문 검색상세

학위논문 상세정보

흡·탈착-촉매산화 방법에 의한 저농도 벤젠의 제거에 관한 연구 원문보기
(A) Study on removal of low concentration benzene by adsorption-desorption and catalytic oxidation method

  • 저자

    문경원

  • 학위수여기관

    順天大學校 産業大學院

  • 학위구분

    국내석사

  • 학과

    화학공학과

  • 지도교수

  • 발행년도

    2003

  • 총페이지

    v, 40p.

  • 키워드

    저농도 벤젠 흡·탈착 촉매산화;

  • 언어

    kor

  • 원문 URL

    http://www.riss.kr/link?id=T10062732&outLink=K  

  • 초록

    휘발성 유기 화합물질(volatile organic compounds: VOC)는 탄화수소 화합물의 총칭으로 증기압이 높아 대기 중으로 쉽게 증발되고, 대기 중에서 반응하여 오존과 광화학 스모그를 생성시킬 뿐만 아니라 암을 유발하며, 지구온난화의 원인 물질이다. 대기 중 악취물질로서 환경 및 건강에 악영향을 초래하므로 VOC 저감을 대기질 관리의 주요 정책으로 이용하는 국가가 증가하는 추세이다. 이와 같은 배출환경규제에 부합되기 위해서는 대기 중으로 배출되기 전에 정화시켜야 하며 이러한 처리 기술 중에는 촉매산화법, 습식산화법, 흡착법, 응축법, 생물학적 처리법 등이 있다. 본 연구에서는 저농도의 VOC 물질을 효과적으로 제거하는 제어시스템을 개발하기 위하여 방향족화합물인 벤젠을 택하여 실험하였다. 이미 나와있는 촉매산화법은 촉매에 계속 열을 가하여야하므로 많은 비용이 든다. 이를 해소하기 위하여 저농도의 VOC 물질을 흡ㆍ탈착하여 촉매산화하는 시스템을 제작하였다. 이를 위하여 벤젠에 효과적인 흡착제와 촉매계를 탐색하고 소형시험기를 제작하여 시험하였다. 같은 조건하에 촉매의 산화반응을 비교하여 활성을 비교하면 금담지촉매의 활성이 다른 귀금속이나 금속산화물 촉매보다 훨씬 높아 금입자가 존재하는 담체의 산화-환원기능이 매우 중요함을 알 수 있다. 벤젠의 전화율은 벤젠의 농도가 증가하면 감소하는 경향을 보였다. Au/Al_(2)O_(3)촉매의 two-stage redox model에 의한 속도식 해석에서 벤젠과 산소에 대한 반응차수는 각각 -1과 0.5로 얻어졌는데, 활성화에너지로부터 금촉매에서는 촉매의 산화단계가 쉽게 진행되고, 금입자의 첨가로 인한 활성증가는 담체와 금입자의 경계에서 산소의 해리흡착이 촉진되기 때문으로 생각된다. 결과적으로 나노크기 금입자는 벤젠의 완전산화에 유효한 촉매성분임을 알 수 있었다. Monolith 담지 촉매 중에서 Au/Al_(2)O_(3)/M, Au/Co_(3)O_(4)/M 및 재생촉매가 본 연구에 적용할 수 있는 촉매이며, 활성서열은 재생촉매> Au/Co_(3)O_(4)> Au/Al_(2)O_(3) 순이었다. 벤젠의 흡착력은 정제활성탄이 가장 우수함을 보였다. 정제활성탄에 흡착한 벤젠은 250℃에서 거의 탈착하고, 흡착과 탈착을 반복하여도 처음의 흡착력이 유지되었다. 따라서 시스템 뒤에 충진된 촉매에 도달하는 열(온도)을 고려하여 300℃정도에서 탈착시키면 보다 완전탈착이 일어나 연속적으로 재사용이 가능함을 알 수 있었다. 흡착제로는 정제활성탄, 촉매로는 재생촉매를 장착하고, 에틸렌가스 보내면서 시험한 결과, 에틸렌이 효율적으로 제거되었다. 그러므로 본 연구결과를 토대로 유입농도와 유량에 따라 벤젠(VOC)을 완전히 제거할 수 있는 시스템의 구성이 가능함을 알았다.


    The volatile organic compounds(VOCs) are recognized as major contributor to air pollutants. The catalytic oxidation is one of the most important process for VOCs removal because thermal oxidation requires higher decomposition temperature. In order to develop a catalyst system with high efficiency at relatively high VOCs concentration and low temperature, supported gold nanoparticle known as highly active component for CO or H₂ oxidation was mainly applied to oxidation of methanol, ethylene, and benzene. Supported gold catalysts were prepared by impregnation, coprecipitation, and deposition methods, and supported metal oxide catalysts were prepared by impregnation method. Also gold nanoparticle on monolith were prepared by impregnation and deposition method, and metal oxide were supported by impregnation and deposition methods. Reactions were carried out using a conventional flow reactor. Reactants and products were analysed by gas chromatograph with gas sampler. The particle size and distribution state of the gold catalysts were investigated by TEM. Gold particles of the catalyst prepared by impregnation method were irregular and very large as 20∼25nm, but those by coprecipitation and deposition method were uniform and ultrafine as 5∼6nm. They were outstandingly active in methanol, ethylene, and benzene oxidation. The activity order of supported gold catalyst prepared by various methods in the view of methanol, ethylene, and benzene conversion was deposition>coprecipitation>impregnation method. The effect of nanosize gold addition were studied by the kinetics for reduction and oxidation properties. Benzene was selected as a model compound. The oxidation kinetics of benzene were study on a Au(2wt%)/Al_(2)O_(3)[DP] catalyst. The conversion of benzene were increased as the inlet concentration was decreased and as the reaction temperature was increased. approach based on the two-stage redox model was used to analyze the results. The rate equation determined experimentally was -1 order for benzene and 0.5 order for oxygen. The plot of temperature dependence of reaction rate constant of this equation gave that an activation energy value of 1st and 2nd step was 45.2kJ/mol and 40.1kJ/mol, respectively. These results was different from other catalyst system. That is, activation energy of 2nd step was lower than that of 1st step. This facts indicates that nanosize gold particle enhances the oxidation step of the catalyst. It was know that supported gold nanoparticle was very effective component for removing methanol, ethylene, and benzene even at relatively low temperature. It was therefore estimated that the active site were the gold atoms located at the circumference of supported gold particles. The main role of the gold nanoparticle was to promote dissociative adsorption of oxygen and to enhance the reoxidation of the support. Activated carbon was used for adsorbent because it is stronger adsorption ability than other adsorbents. Benzene gas was most adsorbed by purified activatied carbon and almost desorbed about 250℃. Even though adsorption-desorption was repeated a few times, adsorption ability was kept constant. On the basis of continuous adsorption-desorption and catalytic oxidation experiments, it was estimated that the benzene can be oxidized perfectly by hybrid system which is designed for specific concentration and flow change.


 활용도 분석

  • 상세보기

    amChart 영역
  • 원문보기

    amChart 영역