KR102073342B1 - Apparatus for generating secondary inorganic aerosol - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반응에 필요한 반응물들을 공급하는 공급부; 광물질 입자가 투입된 반응기 및 UV 광원을 포함하여 공급된 반응물로부터 2차 미세먼지를 포함하는 생성물을 생성하는 반응부; 및 반응기로부터 배출되는 생성물을 분석하기 위하여 생성물들을 수집하는 수집부;를 포함하여, 1차 오염물질로부터 2차 미세먼지를 생성하는 2차 미세먼지 생성장치에 관한 것으로, 공급되는 반응물 및 반응부의 조건을 다양하게 변화시켜 반응시켰을 때 생성되는 생성물의 조성을 분석하여 2차 미세먼지 생성 메커니즘 분석이 가능한 2차 미세먼지 생성장치를 제공할 수 있다.The present invention provides a supply for supplying the reactants required for the reaction; A reaction unit generating a product including secondary fine dust from a reactant supplied including a reactor into which mineral particles are injected and a UV light source; And a collecting unit collecting the products to analyze the product discharged from the reactor. The present invention relates to a secondary fine dust generating device that generates secondary fine dust from primary contaminants. By analyzing the composition of the product produced when the reaction by varying the various changes can provide a secondary fine dust generating apparatus capable of analyzing the secondary fine dust generating mechanism.
Description
본 발명은 2차 미세먼지 생성 장치에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로 2차 미세먼지 생성 반응 메커니즘에 대한 연구에 이용될 수 있는 2차 미세먼지 생성 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a secondary fine dust generating apparatus, and more particularly to a secondary fine dust generating apparatus that can be used in the study of the secondary fine dust generating reaction mechanism.
여기서는, 본 개시에 관한 배경기술이 제공되며, 이들이 반드시 공지기술을 의미하는 것은 아니다.Here, background art is provided with respect to the present disclosure, and these do not necessarily mean known art.
먼지란 대기 중에 떠다니거나 흩날려 내려오는 입자상 물질을 말하는데, 석탄ㅇ석유 등의 화석연료를 태울 때나 공장ㅇ자동차 등의 배출가스에서 많이 발생한다. 먼지는 입자 크기에 따라 50μm 이하인 총먼지(TSP, Total Suspended Particles)와 입자크기가 매우 작은 미세먼지(PM, Particulate Matter)로 구분된다. Dust is a particulate matter floating or scattering in the air. It is often generated when burning fossil fuels such as coal and petroleum or from exhaust gases from factories and automobiles. Dust is divided into Total Dust (TSP), which is 50μm or less, and Particulate Matter (PM) with very small particle size.
미세먼지는 지름이 10μm 보다 작은 미세먼지(PM10)와 지름이 2.5μm 보다 작은 미세먼지(PM2.5)로 나누어진다. 또한 미세먼지는 굴뚝 등 발생원에서부터 고체 상태의 미세먼지로 나오는 경우(1차적 발생)와 발생원에서는 가스 상태로 나온 물질이 공기 중의 다른 물질과 화학반응을 일으켜 미세먼지가 되는 경우(2차적 발생)로 나누어 질 수 있다.Fine dust is divided into fine dust (PM10) smaller than 10 μm in diameter and fine dust (PM2.5) smaller than 2.5 μm in diameter. In addition, fine dust comes from solid sources such as chimneys as solid dust (primary occurrence), and from sources, gaseous substances become fine dust by chemical reaction with other substances in the air (secondary generation). Can be divided.
미세먼지는 세계보건기구(WHO)가 분류한 1군(Group 1) 발암물질에 해당하며, 기관지에 미세먼지가 쌓이면 세균이 쉽게 침투할 수 있어 감염성 질환의 발병률이 증가하게 되고, 대기 중 이산화황(SO2)이나 이산화질소(NO2)가 많이 묻어있는 미세먼지는 산성비를 내리게 해 토양과 물을 산성화시키며, 토양 황폐화, 생태계 피해, 산림수목과 기타 식생의 손상 등을 일으킬 수 있고, 반도체, 디스플레이, 자동차 산업 등 생산 공정에 있어서 미세먼지에 노출될 경우 불량률이 증가하고 오작동 피해를 줄 수 있다. Fine dust is a
화력발전소의 경우, 1차 미세먼지(직접 배출)의 양은 많지 않지만 NOx, SOx에 의한 2차 미세먼지(간접 배출) 발생이 문제가 될 수 있다. 기존에는 발생된 미세먼지를 차단하거나 포집하고 제거하는 장치에 관한 연구가 주로 이루어져 왔을 뿐이며, 화력발전소 굴뚝 등에서 배출되는 NOx, SOx에 의한 2차 미세먼지 생성 반응 관련 연구를 위한 미세먼지 생성 장치에 관한 연구는 이루어지지 않고 있다. In the case of thermal power plants, the amount of primary fine dust (direct emissions) is not large, but the generation of secondary fine dust (indirect emissions) by NOx and SOx may be a problem. In the past, the research on the device that blocks, collects and removes the generated fine dust has been mainly conducted, and related to the fine dust generating device for the research related to the secondary fine dust generation reaction by NOx and SOx emitted from the thermal power plant chimney There is no research.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로 2차 미세먼지 생성 반응 메커니즘에 대한 연구에 이용될 수 있는 2차 미세먼지 생성 장치를 제공하고자 하는 것이다. The present invention to solve the above problems is to provide a secondary fine dust generating apparatus that can be used in the study of the secondary fine dust generation reaction mechanism.
그러나 본 발명의 목적들은 상기에 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the objects of the present invention are not limited to the above-mentioned objects, and other objects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
본 발명은 반응에 필요한 반응물들을 공급하는 공급부; 광물질 입자가 투입된 반응기 및 UV 광원을 포함하여 공급된 반응물로부터 2차 미세먼지를 포함하는 생성물을 생성하는 반응부; 및 반응기로부터 배출되는 생성물을 분석하기 위하여 생성물들을 수집하는 수집부;를 포함하여, 1차 오염물질로부터 2차 미세먼지를 생성하는 2차 미세먼지 생성장치를 제공한다. The present invention provides a supply for supplying the reactants required for the reaction; A reaction unit generating a product including secondary fine dust from a reactant supplied including a reactor into which mineral particles are injected and a UV light source; And a collecting unit collecting the products to analyze the product discharged from the reactor. The apparatus includes a secondary fine dust generating device that generates secondary fine dust from primary pollutants.
또한 상기 공급부는 SOx, NOx 및 N2를 상기 반응기로 공급하는 SOx 공급수단, NOx 공급수단 및 N2 공급수단을 포함한다.In addition, the supply unit includes SOx supply means, NOx supply means and N 2 supply means for supplying SOx, NOx and N 2 to the reactor.
또한 상기 N2 공급수단은 N2가 반응기로 공급되는 라인 중에 H2O를 통과하도록 하는 수단을 더 포함한다.The N 2 supply means further includes means for allowing N 2 to pass through H 2 O in the line fed to the reactor.
또한 상기 공급부는 상기 반응기에 스팀을 공급하는 스팀(steam) 공급수단을 더 포함한다.The supply unit further includes a steam supply means for supplying steam to the reactor.
또한 상기 공급부는 SOx 및 NOx가 공급되는 라인에 혼합수단을 더 포함하여 SOx 및 NOx가 혼합된 상태로 반응기(21)에 공급되도록 한다.In addition, the supply unit further includes a mixing means in a line where SOx and NOx are supplied to be supplied to the
또한 상기 광물질 입자는 Al2O3, CaO, MgO, Fe2O3, SiO2, TiO2 및 ZnO로 구성되는 군에서 선택되는 어느 1종 이상의 입자를 포함한다.In addition, the mineral particles include any one or more particles selected from the group consisting of Al 2 O 3 , CaO, MgO, Fe 2 O 3 , SiO 2 , TiO 2 and ZnO.
또한 상기 반응기는 하단에 교반기를 구비하고, 투광성 재질로 구비된다.In addition, the reactor is provided with a stirrer at the bottom, it is provided with a translucent material.
또한 상기 수집부는 필터 장치로서 생성물 중에 포함된 고체 성분을 필터링하고 기체 성분을 통과시키는 수단이다.The collector is also a filter device which is a means for filtering the solid components contained in the product and for passing the gas components.
또한 상기 수집부 후단에 배출부를 더 포함하여, 상기 수집부를 통과한 성분을 후처리한 후 대기 중으로 배출시킨다.In addition, the rear end of the collecting unit further comprises a post-processing of the components passed through the collecting unit and discharged to the atmosphere.
또한 상기 공급부 및 반응부의 조건을 변화시켜 반응시켰을 때 생성되는 생성물의 조성을 분석하여 2차 미세먼지 생성 메커니즘 분석이 가능하다.In addition, by analyzing the composition of the product generated when the reaction conditions by changing the supply and the reaction unit it is possible to analyze the secondary fine dust generation mechanism.
본 발명은 공급되는 반응물 및 반응부의 조건을 다양하게 변화시켜 반응시켰을 때 생성되는 생성물의 조성을 분석하여 2차 미세먼지 생성 메커니즘 분석이 가능한 2차 미세먼지 생성장치를 제공할 수 있다.The present invention can provide a secondary fine dust generating apparatus capable of analyzing the secondary fine dust generating mechanism by analyzing the composition of the product generated when the reaction reacts and the reaction part to vary the conditions of the supplied product.
또한 NO2(g) 및 SO2(g)으로부터 NO3 - 및 SO4 2-를 생성하는 반응의 메커니즘을 여러 가지 단계로 가정할 수 있으며, 본 발명은 반응 조건을 다양하게 하여 상기 가정한 반응 메커니즘과 일치하는 분석 결과를 나타내는지 비교 분석하여 2차 미세먼지의 생성 메커니즘 규명에 이용할 수 있는 2차 미세먼지 생성장치를 제공할 수 있다. In addition, it can be assumed that the reaction mechanism for generating NO 3 − and SO 4 2- from NO 2 (g) and SO 2 (g) in various stages, and the present invention can be assumed by varying the reaction conditions. By comparing and analyzing whether the analysis result is consistent with the mechanism, it is possible to provide a secondary fine dust generating apparatus that can be used to identify the generation mechanism of the secondary fine dust.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 2차 미세먼지 생성장치의 구성도를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 반응 전 광물질 입자의 SEM 이미지와 EDS 분석 결과를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 반응 후 광물질 입자의 SEM 이미지와 EDS 분석 결과를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 반응 후 광물질 입자의 EDS 분석을 통해 S 함량을 측정한 결과를 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 반응 전 filter paper의 SEM 이미지를 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 반응 후 filter paper의 SEM 이미지를 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 반응 후 필터링된 성분의 EDS 분석을 통해 S 함량을 측정한 결과를 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 광물질 입자의 반응 전/후 입자 크기를 측정한 결과를 나타낸 것이다. 1 is a block diagram of a secondary fine dust generating device according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 shows the SEM image and EDS analysis results of the mineral particles before the reaction according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 shows the SEM image and EDS analysis results of the mineral particles after the reaction according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 shows the result of measuring the S content through the EDS analysis of the mineral particles after the reaction according to an embodiment of the present invention.
Figure 5 shows an SEM image of the filter paper before the reaction according to an embodiment of the present invention.
Figure 6 shows the SEM image of the filter paper after the reaction according to an embodiment of the present invention.
Figure 7 shows the result of measuring the S content through the EDS analysis of the filtered component after the reaction according to an embodiment of the present invention.
Figure 8 shows the results of measuring the particle size before and after the reaction of the mineral particles according to an embodiment of the present invention.
이하에 본 발명을 상세하게 설명하기에 앞서, 본 명세서에 사용된 용어는 특정의 실시예를 기술하기 위한 것일 뿐 첨부하는 특허청구의 범위에 의해서만 한정되는 본 발명의 범위를 한정하려는 것은 아님을 이해하여야 한다. 본 명세서에 사용되는 모든 기술용어 및 과학용어는 다른 언급이 없는 한은 기술적으로 통상의 기술을 가진 자에게 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다.Prior to describing the present invention in detail below, it is understood that the terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to limit the scope of the invention, which is limited only by the scope of the appended claims. shall. All technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art unless otherwise indicated.
본 명세서 및 청구범위의 전반에 걸쳐, 다른 언급이 없는 한 포함(comprise, comprises, comprising)이라는 용어는 언급된 물건, 단계 또는 일군의 물건, 및 단계를 포함하는 것을 의미하고, 임의의 어떤 다른 물건, 단계 또는 일군의 물건 또는 일군의 단계를 배제하는 의미로 사용된 것은 아니다.Throughout this specification and claims, unless otherwise indicated, the termcomprise, comprises, and configure means to include the referenced article, step, or group of articles, and step, and any other article It is not meant to exclude a stage or group of things or a group of stages.
한편, 본 발명의 여러 가지 실시예들은 명확한 반대의 지적이 없는 한 그 외의 어떤 다른 실시예들과 결합될 수 있다. 특히 바람직하거나 유리하다고 지시하는 어떤 특징도 바람직하거나 유리하다고 지시한 그 외의 어떤 특징 및 특징들과 결합될 수 있다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예 및 이에 따른 효과를 설명하기로 한다.On the other hand, various embodiments of the present invention can be combined with any other embodiment unless clearly indicated to the contrary. Any feature indicated as particularly preferred or advantageous may be combined with any other feature and features indicated as preferred or advantageous. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described an embodiment of the present invention and the effects thereof.
본 발명의 일실시예에 따른 2차 미세먼지 생성장치(1)는 광물질을 이용하여 광 조사 조건에서 1차 오염물질인 황산화물(sulfur oxides, SOx), 질소산화물(nitrogen oxide, NOx)로부터 황산(sulfuric acid), 질산(nitric acid) 에어로졸을 생성하여 황산염(sulfate), 질산염(nitrate)으로 전환함으로써 2차 미세먼지를 생성하는 장치로서, 반응에 필요한 반응물들을 공급하는 공급부(10), 광물질 입자가 투입된 반응기(21) 및 UV 광원(22)을 포함하여 공급된 반응물로부터 2차 미세먼지를 포함하는 생성물을 생성하는 반응부(20) 및 반응기로부터 배출되는 생성물을 분석하기 위하여 생성물들을 수집하는 수집부(30)를 포함한다.Secondary fine dust generating
공급부(10)는 SOx 공급수단(11), NOx 공급수단(12) 및 N2 공급수단(13)을 포함하여 SOx, NOx 및 N2를 반응기(21)로 공급한다. 상기 공급수단들은 각각 질량 유량 제어기(Mass Flow Controller, MFC)를 더 포함하여 반응기로 공급되는 SOx, NOx 및 N2의 유량을 조절할 수 있다. 공급부(10)는 반응물을 일정량 공급하고 차단하여 회분식 공정으로 수행되도록 할 수 있으며, 반응물을 연속적으로 공급하여 연속 공정으로 수행되도록 할 수 있다. The
SOx 공급수단(11) 및 NOx 공급수단(12)은 기체상태의 황산화물 및 질소산화물을 반응기(21)로 공급하는 수단으로서 2차 미세먼지로 전환되기 위한 1차 오염물질을 공급하는 역할을 한다. SOx supply means 11 and NOx supply means 12 is a means for supplying the sulfur oxides and nitrogen oxides in the gaseous state to the
N2 공급수단(13)은 기체상태의 질소를 반응기(21)로 공급하는 수단으로서 반응 전 반응기 내부의 오염물질을 제거하고 수분 및 기타 물질을 이송하는 역할을 한다. N2 공급수단(13)은 N2가 반응기(21)로 공급되는 라인 중에 H2O를 통과하도록 하여 대기 환경에서의 습도조건을 맞출 수 있다. The N 2 supply means 13 serves to supply gaseous nitrogen to the
또한 공급부(10)는 스팀(steam) 공급수단(14)을 더 포함하여, 반응기(21)에 스팀을 공급함으로써, 발전소 굴뚝에서 배출되는 배가스의 습도 조건을 맞출 수 있고, 대기 환경변화에 따른 습도조건을 스팀 공급량 제어로 조절할 수 있다.In addition, the
또한 공급부(10)는 SOx 및 NOx가 공급되는 라인에 혼합수단(15)을 더 포함하여 SOx 및 NOx가 혼합된 상태로 반응기(21)에 공급되도록 할 수 있다. SOx 와 NOx가 별도의 라인으로 공급되는 경우보다 혼합된 상태로 공급되는 경우 분산성이 향상되어 반응수율을 높일 수 있다. In addition, the
상기와 같은 공급부(10)의 구성에 의하여 반응물의 유입 방식, 조성(성분 및 함량), 유량 등을 조절할 수 있다.By the configuration of the
반응부(20)는 공급된 반응물로부터 2차 미세먼지를 포함하는 생성물을 생성하기 위한 광물질 입자가 투입된 반응기(21) 및 UV 광원(22)을 포함하여, 기체 상태의 반응물이 고체 상태의 광물질 입자와 반응하는 불균일계 반응이 일어나도록 한다.The
반응기(21)는 내부에 광물질 입자가 투입될 수 있도록 투입구(23)가 구비되어 광물질 입자의 표면에서 공급된 황산화물이 황산염으로 전환되도록 한다. 이 때, 공급된 질소산화물은 광물질 입자와 공존하여 분자상태의 산소 활성을 강화하여 산화촉매제의 역할을 함으로써 광물질 입자의 표면에서 황산화물이 황산염으로 쉽게 전환되어 2차 미세먼지를 생성할 수 있도록 한다. The
상기 광물질 입자는 Al2O3, CaO, MgO, Fe2O3, SiO2, TiO2 및 ZnO로 구성되는 군에서 선택되는 어느 1종 이상의 입자를 포함한다. 석탄 회분의 경우 SiO2 30~35 wt%, Al2O3 15~20 wt%, CaO 15~20 wt%, Fe2O3 5~10 wt%, TiO2 0.5~1.0 wt%, MgO 3~7 wt%, K2O 0.5~3 wt% 및 P2O5 0.1~0.5 wt% 의 조성을 나타내므로 광물질 입자로서 석탄연소 비산재(석탄 회분)를 사용하여 공급할 수 있다. 투입되는 광물질 입자의 종류 및 물성(입도, 비표면적 등)을 조절하여 2차 미세먼지를 생성시킬 수 있다. The mineral particles include any one or more particles selected from the group consisting of Al 2 O 3 , CaO, MgO, Fe 2 O 3 , SiO 2 , TiO 2 and ZnO. For coal ash, SiO 2 30-35 wt%, Al 2 O 3 15-20 wt%, CaO 15-20 wt%, Fe 2 O 3 5-10 wt%, TiO 2 0.5-1.0 wt%,
상기 광물질 입자는 상기 반응기 내부에 일시로 투입될 수 있으나, 연속적으로 분사 공급될 수 있다. The mineral particles may be temporarily injected into the reactor, but may be continuously supplied by injection.
또한 반응기(21)는 하단에 교반기를 구비하여 반응기 내부의 물질들이 고르게 혼합 및 분산되도록 한다. 교반 속도나 교반 형태를 조절하여 2차 미세먼지를 생성시킬 수 있다. In addition, the
UV 광원(22)은 2차 미세먼지 생성에 필요한 에너지를 제공하는 것으로서, 반응기(21) 외측에 구비되어 작동시킴으로써 광원의 세기, 조사 패턴 및 반응시간 등을 조절하여 2차 미세먼지를 생성시킬 수 있다. The
또한 반응기(21)는 투광성 재질로 구비되어 반응기 외부에서 조사되는 UV 광이 반응기 내부로 투입될 수 있도록 하고, 반응기 내에서 2차 미세먼지가 생성되는 반응을 육안으로 관찰할 수 있도록 한다. 또한 반응기(21)에는 온도 및 습도 센서를 구비하여 2차 미세먼지 생성 반응 중 온도와 습도 변화를 실시간으로 측정할 수 있도록 한다.In addition, the
반응물이 반응기(21) 내부에 공급된 상태에서 UV 광원(22)을 작동시키면 광물질 입자의 표면에서 황산화물 및 질소산화물로부터 SO4 2- 등의 황산염 및 NO3- 등의 질산염이 생성된다. 이 때 상기 공급부 및 반응부의 조건 등을 다양하게 변화시켜 반응 조건에 따른 2차 미세먼지 생성 결과를 얻을 수 있다. When the UV
수집부(30)는 상기 반응기(21)에서 생성된 생성물을 통과시킴으로써 기체 생성물과 고체 생성물을 분리한다. 예를 들어, 수집부(30)는 필터 장치로서 생성물 중에 포함된 황산염, 질산염 및 광물질 입자 등 고체 성분을 필터링하고 공급된 NOx, SOx, N2 등 기체 성분을 통과시킨다. The
상기 수집부(30)를 통과하는 성분은 후술할 배출부(40)를 통해 대기 중으로 배출되고, 상기 수집부(30)에 의해 필터링된 성분은 분석수단을 통하여 성분 분석에 이용된다. 분석수단은 SEM(Scanning Electron Microscope), EDS(Energy Dispersive Spectroscopy), IC(Ion Chromatograph), PSA(Particle Size Analyzer) 등의 다양한 분석장치를 이용할 수 있다. The component passing through the
본 발명의 일실시예에 따른 2차 미세먼지 생성장치(1)는 상기 수집부(30) 후단에 배출부(40)를 더 포함하여 상기 수집부(30)를 통과한 성분을 후처리한 후 대기 중으로 배출시키도록 한다. 예를 들어, 상기 배출부(40)는 NaOH 등의 염기성 용액을 구비하여 수집부(30)를 통과하는 기체 생성물 중 산성가스인 SOx 및 NOx와 반응시켜 흡수한 후 나머지 성분을 배출시킬 수 있다.Secondary fine
본 발명의 일실시예에 따른 2차 미세먼지 생성장치의 구성도를 도 1에 나타내었다. NO2(g) 및 SO2(g)으로부터 NO3 - 및 SO4 2-를 생성하는 반응의 메커니즘을 여러 가지 단계로 가정할 수 있으며, 반응 조건을 다양하게 하여 상기 가정한 반응 메커니즘과 일치하는 분석 결과를 나타내는지 비교 분석하여 2차 미세먼지의 생성 메커니즘 규명에 이용할 수 있다. 1 is a block diagram of a secondary fine dust generating device according to an embodiment of the present invention. The mechanism of reaction to produce NO 3 − and SO 4 2- from NO 2 (g) and SO 2 (g) can be assumed in several stages, and the reaction conditions are varied to match the hypothesized reaction mechanism. The results of the analysis can be compared and analyzed to find the mechanism for generating secondary fine dust.
일 예시로서, 2차 미세먼지의 생성 메커니즘을 하기와 같이 가정할 수 있다. As an example, the generation mechanism of the secondary fine dust can be assumed as follows.
① NO2(g) and SO2(g) absorbs on particle surface formed NO2(ads) and SO3 2-.① NO 2 (g) and SO 2 (g) absorbs on particle surface formed NO 2 (ads) and SO 3 2- .
② NO2(ads) dimerizes to N2O4(ads) in the presence of O2 and S(IV).② NO 2 (ads) dimerizes to N 2 O 4 (ads) in the presence of O 2 and S (IV).
③ N2O4(ads) oxidize the SO3 2- to SO4 2-, itself converted into NO2-.③ N 2 O 4 (ads) oxidize the SO 3 2- to SO 4 2- , itself converted into NO 2- .
④ NO2- converted into NO3- in the presence of NO2(g). ④ NO 2- converted into NO 3- in the presence of NO 2 (g).
상기와 같이 반응 메커니즘을 가정하고, 반응물의 조성을 변화시켰을 때 생성되는 생성물의 조성을 분석하여 상기 메커니즘과 일치하는지를 판단해볼 수 있다. Assuming the reaction mechanism as described above, by analyzing the composition of the product produced when the composition of the reactant is changed it can be determined whether it is consistent with the mechanism.
이하, 실시예 및 실험예에서 본 발명의 장치를 이용하여 조절할 수 있는 반응 조건 중 일부를 조절하여 2차 미세먼지를 생성시킨 후 분석한 일예시를 나타내었다.In the following Examples and Experimental Examples show some examples of the analysis after generating secondary fine dust by adjusting some of the reaction conditions that can be controlled using the apparatus of the present invention.
실시예Example
본 발명 장치를 이용하여 하기 표 1에 나타낸 조건으로 조절하여 2차 미세먼지를 생성하였다. NO2 및 SO2의 농도는 모두 50ppm 이고, N2는 99.99% 를 사용하였다. UV 광원은 20W UV 램프를 사용하였으며, 광물질 입자는 105℃에서 24시간동안 건조시킨 후 500mg 정량을 사용하였다. Secondary fine dust was produced by controlling the conditions shown in Table 1 using the apparatus of the present invention. The concentrations of NO 2 and SO 2 were 50 ppm, and N 2 was 99.99%. The UV light source was used 20W UV lamp, the mineral particles were dried at 105 ℃ for 24 hours and 500mg quantification was used.
시간(h)reaction
Hours (h)
상기 조건으로 2차 미세먼지를 생성한 후, 반응 후의 광물질 입자와 필터 장치에 삽입된 필터 페이퍼에 필터링된 성분을 하기 실험예와 같이 분석하였다.After generating secondary fine dust under the above conditions, the filtered mineral particles and the components filtered on the filter paper inserted into the filter device were analyzed as in the following experimental example.
실험예Experimental Example
(1) IC(Ion Chromatograph)(1) Ion Chromatograph
Ion Chromatograph 장비를 이용하여 실시예에 따른 생성물 내의 황산염(SO4 2-) 및 질산염(NO3 -)의 함량을 측정하여 하기 표 2에 나타내었다. 하기 표 2에 나타나는 것과 같이 광물질 종류별, 분위기 가스 농도 등에 따라서 생성되는 황산염, 질산염 량이 다름을 알 수 있다.The content of sulfate (SO 4 2- ) and nitrate (NO 3 − ) in the product according to the example was measured using an ion chromatograph apparatus, and the results are shown in Table 2 below. As shown in Table 2, it can be seen that the amount of sulfates and nitrates produced according to the type of minerals and the concentration of the atmosphere gas is different.
(2) SEM-EDS 및 S content(2) SEM-EDS and S content
실시예 1, 실시예 3, 실시예 5 및 실시예 7에 대하여 광물질 입자와 황산화물 및 질소산화물의 반응으로 생성되는 황산염 및 질산염을 확인하기 위하여 반응 전/후의 광물질 입자를 SEM-EDS 장비를 통하여 분석하였다. 도 2에 반응 전 광물질 입자의 SEM 이미지와 EDS 분석 결과를 나타내었으며, 도 3에 반응 후 광물질 입자의 SEM 이미지와 EDS 분석 결과를 나타내었다. 또한 반응 후 광물질 입자의 EDS 분석을 통해 S 함량을 측정하여 도 4에 나타내었다. 도 4에 나타나는 것과 같이 반응 후 광물질 입자 시료에서 S 성분이 검출되어 광물질 입자와 오염물질(NO2, SO2) 사이에 화학반응이 일어났다는 것을 확인하였으며, 실시예 1의 광물질 입자에서 S 함량이 상대적으로 높은 것을 알 수 있다. In order to identify sulfates and nitrates formed by the reaction between the mineral particles, sulfur oxides and nitrogen oxides, the mineral particles before and after the reaction were carried out through the SEM-EDS device for Examples 1, 3, 5 and 7. Analyzed. Figure 2 shows the SEM image and EDS analysis results of the mineral particles before the reaction, Figure 3 shows the SEM image and EDS analysis results of the mineral particles after the reaction. In addition, the S content was measured through the EDS analysis of the mineral particles after the reaction, and is shown in FIG. 4. As shown in FIG. 4, the S component was detected in the mineral particle sample after the reaction, and it was confirmed that a chemical reaction occurred between the mineral particle and the contaminants (NO 2 and SO 2 ), and the S content of the mineral particle of Example 1 was increased. It can be seen that it is relatively high.
또한 필터링된 성분을 SEM-EDS 장비를 통하여 분석하였다. 도 5에 반응 전 filter paper의 SEM 이미지를 나타내었으며, 도 6에 반응 후 filter paper의 SEM 이미지를 나타내었다. 또한 반응 후 필터링된 성분의 EDS 분석을 통해 S 함량을 측정하여 도 7에 나타내었다. 도 6에 나타나는 것과 같이 TiO2를 제외한 Al2O3, CaO, Fe2O3 실험에서 Filter paper에 입자가 포집된 것을 알 수 있다. 또한 도 7에 나타나는 것과 같이 Al2O3, CaO 의 EDS 분석에서 S 성분이 측정된 것을 알 수 있다. In addition, the filtered components were analyzed by SEM-EDS equipment. 5 shows an SEM image of the filter paper before the reaction, and FIG. 6 shows an SEM image of the filter paper after the reaction. In addition, the S content was measured by EDS analysis of the filtered component after the reaction, and is shown in FIG. 7. As shown in FIG. 6, it can be seen that particles were collected in the filter paper in Al 2 O 3 , CaO, and Fe 2 O 3 experiments except for TiO 2 . In addition, as shown in Figure 7, it can be seen that the S component was measured in the EDS analysis of Al 2 O 3 , CaO.
상기 분석 결과에 의해 광물질 입자와 오염물질(NO2, SO2) 사이에 화학반응이 일어나는 것을 확인할 수 있으며, Al2O3, CaO, TiO2, Fe2O3 중 Al2O3에서 가장 많은 양의 S 가 검출되는 것을 확인하였다. 이로써 반응을 통하여 광물질이 황을 함유한 물질로 전환되었음을 알 수 있다. To check that by the analysis result of chemical reaction between the mineral particles and pollutants (NO 2, SO 2), Al 2
(3) PSA(3) PSA
실시예 2 및 실시예 3의 광물질 입자의 반응 전/후 입자 크기를 측정하여 도 8에 나타내었다. 도 8에 나타나는 것과 같이 광물질 입자들이 SOx, NOx와 반응한 후 더 작은 입자들이 증가한 것을 알 수 있고, 이로부터 1차 미세먼지가 대기 중에서 반응을 하여 인체에 위험성이 더 큰 작은 크기의 2차 미세먼지가 생성되는 것을 알 수 있다. The particle size before and after the reaction of the mineral particles of Example 2 and Example 3 was measured and shown in FIG. 8. As shown in FIG. 8, it can be seen that the smaller particles increased after the mineral particles reacted with SOx and NOx. From this, the primary particles reacted in the air, and the secondary particles of the smaller size were more dangerous to the human body. It can be seen that dust is produced.
전술한 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의하여 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The features, structures, effects, and the like illustrated in the above-described embodiments may be combined or modified with respect to other embodiments by those skilled in the art to which the embodiments belong. Therefore, it should be interpreted that the contents related to such a combination and modification are included in the scope of the present invention.
1: 2차 미세먼지 생성장치
10: 공급부
11: SO2 공급수단
12: NO2 공급수단
13: N2 공급수단
14: Steam 공급수단
15: 혼합수단
20: 반응부
21: 반응기
22: UV 광원
23: 투입구
30: 수집부
40: 배출부1: 2nd fine dust generator
10: supply
11: SO 2 supply
12: NO 2 supply means
13: N 2 supply means
14: Steam supply
15: mixing means
20: reaction part
21: reactor
22: UV light source
23: inlet
30: collection
40: discharge part
Claims (10)
상기 반응물과 광물질 입자가 투입되는 반응기와, 상기 반응기 내부로 UV를 조사하는 UV광원을 포함하는 반응부; 및
상기 반응기로부터 배출되는 생성물을 분석하기 위하여 생성물들을 수집하는 수집부;를 포함하는, 2차 미세먼지를 생성하는 2차 미세먼지 생성장치로서,
상기 반응부는 UV 광원 조사하에, 광물질 입자가 상기 반응물과 반응하여 상기 광물질 입자 표면에 황산염 및 질산염 중 적어도 한 종류 이상이 형성된 형태의 2차 미세먼지를 생성하는, 2차 미세먼지 생성장치.
A supply unit for supplying at least one or more reactants from SOx and NOx to the reactor;
A reaction unit including a reactor into which the reactant and the mineral particles are injected and a UV light source irradiating UV into the reactor; And
A secondary fine dust generating device for generating secondary fine dust, comprising: a collecting unit for collecting products for analyzing the product discharged from the reactor,
The reaction unit generates secondary fine dust under the UV light source irradiation, the mineral particles react with the reactants to form secondary fine dust in the form of at least one of sulfate and nitrate formed on the surface of the mineral particles.
상기 공급부는 SOx, NOx 및 N2를 상기 반응기로 공급하는 SOx 공급수단, NOx 공급수단 및 N2 공급수단을 포함하는 2차 미세먼지 생성장치.
The method of claim 1,
The supply unit is a secondary fine dust generating device including SOx supply means, NOx supply means and N 2 supply means for supplying SOx, NOx and N 2 to the reactor.
상기 N2 공급수단은 N2가 반응기로 공급되는 라인 중에 H2O를 통과하도록 하는 수단을 더 포함하는 2차 미세먼지 생성장치.
The method of claim 2,
The N 2 supply means further comprises a means for allowing the N 2 to pass through H 2 O in the line supplied to the reactor.
상기 공급부는 상기 반응기에 스팀을 공급하는 스팀(steam) 공급수단을 더 포함하는 2차 미세먼지 생성장치.
The method of claim 1,
The supply unit further comprises a steam (steam) supply means for supplying steam to the reactor.
상기 공급부는 SOx 및 NOx가 공급되는 라인에 혼합수단을 더 포함하여 SOx 및 NOx가 혼합된 상태로 반응기에 공급되도록 하는 2차 미세먼지 생성장치.
The method of claim 2,
The supply unit further comprises a mixing means in the line for supplying SOx and NOx secondary secondary dust generating device to be supplied to the reactor in a state of mixing SOx and NOx.
상기 광물질 입자는 Al2O3, CaO, MgO, Fe2O3, SiO2, TiO2 및 ZnO로 구성되는 군에서 선택되는 어느 1종 이상의 입자를 포함하는 2차 미세먼지 생성장치.
The method of claim 1,
The mineral particles are secondary fine dust generating device comprising any one or more particles selected from the group consisting of Al 2 O 3 , CaO, MgO, Fe 2 O 3 , SiO 2 , TiO 2 and ZnO.
상기 반응기는 하단에 교반기를 구비하고, 투광성 재질로 구비되는 2차 미세먼지 생성장치.
The method of claim 1,
The reactor is provided with a stirrer at the bottom, secondary fine dust generating device provided with a light-transmissive material.
상기 수집부는 필터 장치로서 생성물 중에 포함된 고체 성분을 필터링하고 기체 성분을 통과시키는 수단인 2차 미세먼지 생성장치.
The method of claim 1,
And the collecting unit is a filter device that filters the solid component contained in the product and passes the gas component.
상기 수집부 후단에 배출부를 더 포함하여, 상기 수집부를 통과한 성분을 후처리한 후 대기 중으로 배출시키는 2차 미세먼지 생성장치.
The method of claim 1,
Further comprising a discharge unit at the rear end of the collecting unit, the secondary fine dust generating device for post-processing the components passed through the collecting unit and discharged to the atmosphere.
상기 공급부 및 반응부의 조건을 변화시켜 반응시켰을 때 생성되는 생성물의 조성을 분석하여 2차 미세먼지 생성 메커니즘 분석이 가능한 2차 미세먼지 생성장치.The method of claim 1,
Secondary dust generation apparatus capable of analyzing the secondary fine dust generation mechanism by analyzing the composition of the product generated when the reaction conditions by changing the supply and the reaction unit.
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