[환경] voc's 산화용 저압차 반응기

소개글

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목차

Ⅰ. 요약 3
Ⅱ. 실험배경 4
Ⅲ. 실험목적 6
Ⅳ. 이론 7
Ⅴ. 실험과정 13
Ⅵ. 실험결과 및 분석 14
Ⅶ. 결론 23
Ⅷ. Reference 24

본문내용

본 실험은 휘발성 유기 화합물(VOCs)을 제거하기 위해 촉매 반응기를 제작하는 실험이다. VOCs제거에 있어, Pt/Al2O3 보다 뛰어난 활성을 보이는 Pt/TiO2를 촉매로 선정하였다. 이를 반응기 내에서 pressure drop이 크게 발생하지 않는 metal-mesh honeycomb 반응기에 코팅하고자 하였다. 반응기 본체로는 쉽게 부식되지 않는 stainless steel(이하 SUS)을 이용하였고, 그 위에 촉매의 support 인 TiO2의, Ti를 electrophoretic deposition (이하 EPD)방법을 이용하여 코팅하였다. EPD방법은 코팅층이 porous하는 등 Pt를 코팅하는데 있어 장점을 가지고 있다.

우선 EPD방법을 이용하였을 때 Ti가 SUS에 코팅되는 최적의 조건을 찾아보았다. EPD 법을 이용, 실험실적 환경에서 Ti를 잘 붙이기 위해서는 전압은 100V 이상, 시간은 2분 이상, 그리고 adhesive(Titanium isopropoxide)의 양은 Ti 1g 당 0.01g이 적절했다. 다음으로 열처리 조건을 바꾸어가며 Ti와 Fe 사이에 alloy가 형성되는 조건을 찾았다. 만약 alloy가 잘 형성된다면 Ti와 Fe 간의 접착력이 크게 향상되기 때문이다. 실험결과 우리는 EPD 방법으로 Ti를 코팅한후 900℃, H2의 환경으로 10시간동안 열처리 해주었을 때, alloy가 형성됨을 알 수 있었다. alloy의 형성은 EPMA법으로 확인했다. 하지만 Ti는 반응성이 워낙 좋기 때문에 쉽게 TiO2 로 산화된다. 이렇게 계면에 TiO2 가 생성되면 합금이 어려우므로, 열처리 조건을 변화시켜 계면에서 TiO2 가 생성되지 않고, 합금이 잘 일어날수 있도록 해주는 것이 이번 실험의 한가지 중요한 관건이다.
Ti-SUS 합금이 형성됐다는 주장에 객관성을 더하기 위해, EPD 보다는 좀더 합금이 잘 생긴다는 PVD 방법도 함께 사용하여 두 개의 EPMA 합금사진을 비교해 보았다. 그 결과 합금이 이루어진 두께가 비슷한 사이즈를 보였다. 하지만 EPD로 붙인 Ti-SUS alloy 상에서 검은 균열이 생겼음을 확인했다.

이러한 Ti 코팅 이후에 Pt/TiO2를 wash coating하여 이를 VOCs 제거반응에 직접 이용해 보았다. 지금까지는 Pt/TiO2 는 Pt/Al2O3보다 활성이 좋으나 Ti를 metal-mesh honeycomb에 코팅한 후 그 강도를 확신하지 못하였다. 하지만 이번 실험에서 코팅 후 합금의 형성이 비교적 성공적으로 이루어 졌으므로 이 결과를 바탕으로 좀더 좋은 반응기에 좀더 좋은 촉매를 사용할 수 있게되었다는 점에서 본 실험의 의의를 찾을 수 있겠다.

참고 자료

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