새로운 UV에 의한 기체 휘발성 유기 화합물(VOC) 분해

Apr 08, 2023

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 11112(2022) 이 기사 인용

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본 연구에서는 톨루엔의 제거 효율을 평가하고 단일 단계 공정에서 오염 중간물질의 방출을 방지하기 위해 최종 세정 단계로 VOC 배출을 분해하기 위한 UV 보조 오존화(UV/O3) 공정을 구현했습니다. 여러 작동 조건을 조사하기 위해 입구 톨루엔 농도와 인가 전압을 다양하게 변경했습니다. 결과는 유입구 농도가 높을수록 톨루엔 감소가 낮아지는 반면, 오존 농도가 증가하면 분해 효율이 증가한다는 점을 강조했습니다. 추가적인 물 세정 단계는 공정수 내 오존과 부산물의 용해와 그에 따른 이 단계 내 오염물질의 추가 산화로 인해 UV/O3 감소를 최대 98.5%까지 향상시켰습니다. 22.6gm−3h−1의 최대 제거 용량(ECmax)은 UV/O3 + 스크러빙을 통해 달성되었습니다. 결합된 시스템은 독립형(UV/O3) 프로세스에 비해 더 높은 성능과 안정성을 향상시켰으며 더욱 경제적이고 환경적인 지속 가능성을 제공합니다.

휘발성 유기 화합물(VOC) 배출은 건강과 환경에 대한 악영향으로 인해 주요 환경 문제가 되었습니다1,2,3,4. VOC 배출(예: 방향족 물질 및 알데히드)에 장기간 노출되면 섭취, 피부 접촉 또는 흡입 시 소화기, 신장, 심장 및 신경 장애와 같은 다양한 건강 문제가 발생할 수 있습니다5,6. 벤젠, 톨루엔, 에틸벤젠, 자일렌(BTEX)을 포함한 휘발성 방향족 탄화수소는 독성, 돌연변이 유발성 및 발암성 물질로 분류됩니다7,8,9. 이러한 특성으로 인해 BTEX는 인체 건강에 가장 큰 위협이 되는 물질에 포함됩니다10,11.

대기에서 태양 복사는 VOC가 질소 산화물과 반응하여 광화학 스모그와 오염을 유발합니다7,12,13. 높은 휘발성으로 인해 다양한 산업 부문에서 배출되는 VOC는 노출된 인구의 악취에 대한 불만의 원인이기도 합니다. 그 이후로 악취 관리는 규정을 준수하고 주민의 불만을 피하기 위한 관점에서 산업 운영자에게 우선적인 문제가 되고 있습니다14. 석유화학 산업, 페인트, 접착제, 용제 생산, 인쇄 작업과 관련된 공장, 폐기물 및 폐수 처리 공장은 BTEX15,16,17,18의 인위적 배출의 주요 원인 중 하나입니다.

대기 오염에 대한 규제가 더욱 엄격해지고 대기 질에 대한 인구의 기대가 높아짐에 따라 이러한 화합물의 효과적인 관리 및 처리가 필요해졌습니다14,19. 이러한 관점에서 과학계는 이를 줄이기 위한 혁신적인 솔루션 개발에 관심을 집중해 왔습니다20,21.

현재 VOC 배출 처리에 적용되는 저감 기술에는 활성탄 흡착, 흡수, 생물 여과 및 열 또는 촉매 연소가 포함됩니다22,23,24. 이러한 기존 솔루션의 단점에는 다른 단계로의 오염 물질 전달, 부하 변동으로 인한 비효율적인 생물학적 처리, 난치성 및 독성 2차 대사산물25,26,27이 포함됩니다. 기존 공정의 한계를 극복하기 위해 VOC 저감을 위한 AOP(Advanced Oxidation Process)에 대한 수많은 연구가 집중되고 있습니다. 이러한 공정은 광범위한 유기 화합물을 분해할 수 있는 반응성이 높은 산화제인 하이드록실 라디칼의 효과에 의존합니다22,28,29.

자외선 조사(UV/O3)에 의한 오존처리는 난분해성 및 소수성 VOC를 분해하는 확립된 방법입니다30,31. 오존은 높은 산화력뿐만 아니라 수산기 및 산화물 라디칼과 같은 강력한 산화제의 형성으로 인해 결합 공정의 분해 능력을 향상시켰습니다32.