광촉매 실용화 및 제품화 2

• 광촉매 실용화 및 제품화 – 인공관엽 식물, 조화

효과적으로 광촉매를 활용하기 위해서는 빛이 잘 닿도록 광촉매를 배치하는 것이 매우 중요하다. 식물은 태양광이 충분히 닿도록 잎을 잘 배치하여 태양광을 효율적으로 이용한다. 이를 이용하여 인공관엽식물이나 조화에 광촉매를 적용한 것이 개발되었다.

인공관엽식물이나 조화의 기재를 분해하지 않고 광촉매 성능을 발휘할 수 있도록 아파타이트를 붙인 별사탕형 산화티탄 복합 미립자 광촉매를 코팅한 광촉매 플라워가 개발되어 상품으로 시판되고 있다. 이들은 아름다우면서도 실내 환경 정화라는 뛰어난 기능을 겸비하여 광촉매를 이용한 환경정화 조화로 판매되었다.

천연 관엽식품이나 꽃은 물을 주어야 하며 화분에는 잡균이 번식하여 병원내 감염의 주요 원인으로 여겨지고 있다. 인공관엽 식물은 물을 줄 필요가 없으며 아파타이트는 잡균을 흡착하고 산화티탄 광촉매는 균을 죽인다. 이런 이유로 병원내 감염 대책으로 사용 중이다.

인공관엽 식물은 관광버스에서 사용되어 담배 냄새가 없어진다는 것으로 좋은 평판을 얻어 판매를 시작하였으나, 지금은 택시, 흡연실. 오락실 등에도 사용되고 있으며 공기 중의 질소산화물이나 아세트알데히드의 저감 효과도 확인되었다. 특히 인공관엽 식물은 간병시설이나 노인시설 등 항균과 탈취를 동시에 필요로 하는 용도에 가장 적합하며 암모니아의 탈취 효과도 뛰어나다.

인공관엽 식물은 설치 장소에 있는 전등의 빛이나 창에서 들어오는 빛을 이용하기 때문에 전기 요금 등 유지비가 필요하지 않다.

• 광촉매 실용화 및 제품화 – 광촉매 실리카겔

지금까지의 산화티탄 광촉매는 분해 능력은 우수하지만 흡착 능력이 부족하여 흡착제인 활성탄이나 제올라이트를 혼합하여 사용하였다. 그러나 활성탕이나 제올라이트는 자외선에 대해 불투명할 뿐 아니라 일단 흡착하면 계속 흡착된 상태로 남아있어 광촉매에 의해 분해가 일어나기 어려운 문제점이 있었다. 광촉매를 포개서 사용하는 경우 밑 부분의 광촉매로 반응에 필요한 빛을 어떻게 공급할 것인가도 어려운 점이었다.

광촉매 실리카겔은 실리카겔이 투명하여 빛이 내부까지 들어갈 수 있으며 흡착 능력이 크다는 점에 주목하여 광촉매와 복합화를 시도하였다. 광촉매 실리카겔의 바깥 표면에는 산화티탄이 거의 없으며, 실리카겔의 세공 전체에 산화티탄을 잘 분산시켰다. 특히 표면 근처의 세공 입구에 높은 농도의 산화티탄이 분포하도록 설계하여 실리카겔의 강력한 흡착 작용과 산화티탄의 강력한 광촉매 작용을 상승적으로 발휘할 수 있도록 제조한 새로운 산화티탄 광촉매이다.

실리카겔은 불투명하기 때문에 빛이 내부까지 들어갈 수 있으며 비표면적이 1g 당 300㎡ 정도로 넓어 다이옥신 등 환경 오염물질을 흡착할 수 있어 효율적으로 분해 처리할 수 있다. 더욱이 광촉매 실리카겔은 일반 실리카겔과 달리 내수성도 뛰어나 수처리, 탈취, 배출가스 처리, 다이옥신류 분해 등에도 폭넓게 이용되고 있다. 광촉매 실리카겔의 표면에는 산화티탄이 거의 존재하지 않기 때문에 플라스틱이나 섬유에도 사용이 가능하다.

광촉매 실리카겔은 1.7~4.0 mm, 0.85~1.7 mm 등 여러 입자 크기의 종류가 있어 용도에 따라 적합한 크기를 선택할 수 있으며, 허니컴 형태로 성형한 것도 있다.

• 광촉매 실용화 및 제품화 – 다이옥신류 분해, 배출가스 처리 장치

다이옥신류 분해, 제거 장치는 내부에 자외선램프와 광촉매 실리카겔이 장착되어 있다. 광촉매 실리카겔은 내부에 입체적으로 배치되어 있으며 폐기물 처리시설의 소각로에서 나오는 배출가스를 도입하고 빛을 쪼이면 배출가스에 들어있는 다이옥신류가 광촉매와 효율적으로 접촉하여 효과적으로 분해 된다. 그 결과 소각로에서 나오는 배출가스에 들어있는 다이옥신류가 99% 이상이 제거되었다.

다이옥신류가 가장 생성되기 쉬운 300도 부근 배출가스의 온도에서도 다이옥신류가 99% 이상 분해, 제거되었으며, 다이옥신류의 이성체도 모두 분해 되는 것을 확인하였다. 이 배출가스 정화 장치는 아래와 같은 여러 장점을 나타내었다.

1. 장치가 소형이며 구조가 간단하다.
2. 다이옥신 그 자체를 분해하기 때문에 이차 처리가 필요 없다.
3. 배출가스를 고온의 상태에서 처리할 수 있어 적용온도 범위가 넓고, 가스 냉각 장치나 재가열 자치 등이 필요 없다.
4. 촉매가 빛 뿐 아니라 배출가스의 열에 의해서도 작용한다.
5. 장치 가격이 저렴하며 처리 비용이 낮다.
6. 촉매가 안전 무독하며, 반복 사용이 가능하다.
7. 지금까지 곤란하였던 소형 소각로의 배출가스 정화에도 적용이 가능하여 소각로의 크기에 맞추어 설치할 수 있다.
8. 다이옥신류 가운데 폴리클로로벤조파라디옥신류나 폴리클로로디벤조푸란 뿐 아니라, 지금까지 처리가 곤란하였던 코프라나-PCB도 거의 99% 분해 처리할 수 있으며 이들의 이성체도 분해가 가능하다.

• 광촉매 실용화 및 제품화 – 다이옥신류 분행, 수처리장치

현재는 폐기물 처리시설의 소각로에서 배출되는 가스에 들어 있는 공기 중의 다이옥신류만이 사회적으로 크게 문제가 되고 있지만, 제지공정에서 발생하는 다이옥신류를 포함하는 폐수 및 폐기물 소각장의 배출가스 세척수에 들어 있는 다이옥신류와 같은 물 속의 다이옥신류의 처리도 차츰 사회적인 이슈로 대두되고 있다.

다이옥신류 분해, 배출가스 처리장치와 비슷한 자외선램프와 광촉매 실리카겔을 장착한 다이옥신류 분해, 수처리장치가 개발되었다. 이 장치를 사용하여 다이옥신류를 포함한 세척수를 처리한 결과 초고농도의 다이옥신류가 99.8% 분해 되어 폐수 기준치 이하의 농도가 되었다.

더욱이 다이옥신류 중 폴리클로로디벤조파라디옥신이나 폴리클로로디벤조푸란 뿐 아니라 지금까지 처리가 곤란하였던 코르라나-PCB도 99% 이상 처리되었으며 이들 물질의 이성체도 거의 대부분 분해 되었다.

이 수처리장치는 다음과 같은 많은 장점을 가지고 있다.

1. 장치가 소형이며 구조가 간단하다.
2. 다이옥신 그 자체를 분해하기 때문에 이차 처리가 필요 없다.
3. 장치 가격이 저렴하며 처리 비용이 적게 소요된다.
4. 촉매가 안전 무독하며, 반복 사용이 가능하다.

• 광촉매 실용화 및 제품화 – 부유균 제거 장치

최근 냉온방 효율 향상이나 에너지 절약을 위한 건물의 밀폐성이 좋아지면서 생활 공간의 세균에 의한 오염이 문제시 되고 있다. 병원이나 간병 시설 등에서 항생물질로 제거할 수 없는 MRSA균 등에 의한 감염이나 O-157 병원성 대장균에 의한 집단 감염, 애완동물로부터 세균 감염, 레지오넬라균에 의한 냉방병 등 부유균에 의한 집단 오염이 매우 심각한 문제로 대두되고 있다. 레지오넬라균에 의한 냉방병은 중앙 집중식 냉방 장치를 통해 감염되는데 일반 에어컨이나 공기청정기로는 이러한 부유균에 의한 오염을 막을 수 없다.

부유균 제거 장치는 특수 자외선램프와 산화티탄의 광촉매 작용에 의해 실내에 부유하는 세균을 제거하며 동시에 악취도 분해한다. 이 장치에는 세공이 많은 3차원 세라믹 필터에 산화티탄 광촉매를 붙인 것과 세라믹 허니컴 필터에 산화틴탄을 붙인 2종류의 광촉매 필터를 사용하였다. 팬으로 불어드린 공기는 2종류의 광촉매 필터를 통과하는데 3차원 세라믹 필터에서는 악취물질 분해, 세라믹 허니컴 필터에서는 세균 제거가 주로 일어나도록 설계하였다. 이 구조에 의해 탈취와 항균이 효율적으로 진행된다.

부유균 제거 장치는 콤팩트한 소형으로 소비 전력이 적으며 장치의 분해가 간단하여 자외선램프 교환이나 광촉매 필터 세척이 용이하다. 항균과 탈취 기능이 동시에 필요한 의료 관련 분야에서 사용할 수 있으며, 현재 전국 병원, 진료소 등 의료 기관, 간병 시성 등에 판매되고 이싿.

• 광촉매 실용화 및 제품화 – LED광 탈취 공기청정기

광촉매반응에 사용되는 광원으로는 수은 램프나 블랙라이트, 살균등이 많이 사용되고 있지만 수명이 수 천 시간 정도여서 계속 켜놓은 상태로 사용하면 1년정도에 램프를 교환하여야 한다. 일반 자외선램프는 전기가 빛으로 교환되는 효율이 좋아야 20% 정도로 나머지는 아깝게도 열로 변해 버린다.

발광 다이오드는 수명이 약 10만 시간으로 매우 길고, 소비 전력의 80% 이상이 빛으로 변환되어 전기에서 빛으로 교환 효율이 높으며, 낮은 소비 전력으로 형광등에 대신할 미래의 광원으로 기대되어 최근에는 신호등 등에도 많이 사용되고 있다. 그러나 지금까지는 파장이 긴 빛밖에 발생할 수 없었기 때문에 광촉매에는 사용할 수 없었다.

여러 발광 다이오드를 개발하여 제품화하던 중, 새롭게 단파장 LED를 개발하여 이를 이용한 자동차용 공기청정기를 개발하였다. 이는 단파장 LED를 사용한 박형, 고성능 자동차용 천정 장착형 공기청정기로 광촉매에 아주 밀접하게 LED가 설치되어 파장이 짧은 빛이 광촉매에 효과적으로 닿도록 디자인되었다. 다익 래디알 팬에 의해 자동차 내부의 악취물질이 광촉매가 있는 곳으로 운반되어 광촉매와 접촉하여 효율적으로 분해 된다.

이로 인해 종래의 활성탄을 이용한 장치로는 제거하기 곤란한 냄새도 제거가 가능하게 되었다.

• 참고글

광촉매 실용화 및 제품화 (1)

광촉매 실용화 및 제품화 (3)