Journal of the Korean Industrial and Engineering Chemistry, Vol.14, No.4, 519-525, June, 2003
VOC 배출 제어를 위한 톨루엔의 산화분해반응에 관한 연구
A Study on Oxidative Decomposition of Toluene for Control of VOCs Emissions
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초록
휘발성 유기화합물(VOCs)의 방출은 여러가지의 지구 환경오염 문제를 야기시켰다. 그 가운데서 산업공정에서 대표적인 VOCs 유기용매로서, 주로 도장산업에서 다량 방출되는 톨루엔에 대한 산화반응을 에너지 사용관점과 장치 사용관점에서 유리하다고 할 수 있는 촉매반응시스템 상에서 본 연구를 수행하였다. 본 연구에서는 산화반응에서 반응활성점으로 알려진 산점을 지니고 있는 여러 산화물 촉매를 이용하였으며, 다양한 산화물을 이용한 톨루엔 산화분해 반응에서 Zeolite NaX 촉매가 가장 우수한 활성을 나타내었다. 그러나 Zeolite NaX상의 톨루엔 산화반응에서 heterogeneous 촉매반응 시스템의 산화물 촉매에 의한 반응에서는 지금까지 전혀 보고되지 않았던 self-oscillation 현상이 관찰되었다. 그러므로 self-oscillation에 대한 여러 세부내용을 관찰하고 oscillation 현상으로 야기되는 Zeolite NaX 촉매의 불안정성을 개선하기 위해 경제적인 촉매제조관점에서 귀금속 촉매를 배제한 가운데 Zeolite NaX 촉매에 금속 산화물 촉매의 조합을 추진하였다. 그 결과, 시험된 여러 촉매들 가운데서 Zeolite NaX-MnO2 촉매가 톨루엔 촉매산화반응에서 가장 높은 활성을 나타냄으로써 톨루엔을 비롯한 VOCs 촉매 산화 반응에서 우수한 활성을 지닌 귀금속 촉매가 아닌 대체촉매로서의 가능성을 확인할 수 있었다.
Volatile Organic Compounds (VOCs) have been used for various application and their release into the atmospheric environment has caused serious air-pollution problems. To decompose the toluene, which is commonly used for a solvent in painting process, catalytic oxidation was used for this studied. The catalytic oxidation can achieve conversions of greater than 99% at a lower temperature than in a thermal incineration system. Hence, the catalytic oxidation system for the reduction of toluene emission was studied using several acid catalysts. Zeolite NaX catalyst has shown superior activity than the others, however, the self-oscillation phenomena existed for the oxidation of toluene. Thus the self-oscillation was studied in detail. To improve a negative and unstable reaction factor by the self-oscillation, zeolite naX-MnO2 system was complementally adopted. The result showed that toluene was completely decomposed using Zeolite NaX-MnO2. such superior activity of zeolite NaX-MnO2 catalysts suggested that the non-noble metals can be used as the alternate catalysts on the total oxidation of toluene and other VOCs.
- Field RA, Goldstone ME, Lester JN, Perry R, Atmos. Environ., 26A, 2983 (1992)
- WHO, Air Quality Guidelines for Europe, No. 23, WHO Pub. (1987)
- 백성옥, 김기현, 손동헌, 김득수, 이강웅, 전의찬, 정장표, 김조천, 이학성, 정상진, 강창희, 허귀석, 김윤신, 조수헌, 강대희, 주영수, 성주헌, 이진흥, 이병규, 박성복, 장성기, 한화진, 대기보전학회, 대기환경과 휘발성 유기화합물, 1 (1998)
- 장원철, 할로카본의 흡착 및 분해반응에 관한 연구(Ph.D. Thesis), 영남대 (1996)
- 한화진, 화학공학의 이론과 응용, 5, 3409 (1999)
- 백성옥, 김기현, 손동헌, 김득수, 이강웅, 전의찬, 정장표, 김조천, 이학성, 정상진, 강창희, 허귀석, 김윤신, 조수헌, 강대희, 주영수, 성주헌, 이진홍, 이병규, 박성복, 장성기, 한화진, 대기보전학회, 대기환경과 휘발성 유기화합물, 161 (1998)
- 김헌덕, 변형된 ZSM-5 제올라이트에서 메탄올에 의한 톨루엔의 알킬화 반응 (M.S. Thesis), 영남대 (1994)
-
Ordonez S, Bello L, Sastre H, Rosal R, Diez FV, Appl. Catal. B: Environ., 38(2), 139 (2002)
-
Nagata H, Takakura T, Tashiro S, Kishida M, Mizuno K, Tamori I, Wakabayashi K, Appl. Catal. B: Environ., 5(1-2), 23 (1994)
- Slinko MG, Slinko MM, Catal. Rev.-Sci. Eng., 17, 119 (1978)
- Sheintuch M, Schmitz RA, Catal. Rev.-Sci. Eng., 15, 107 (1977)
- Slinko MM, Jaeger NI, Oscillating Hererogeneous Catalytic Systems, Elsevier, Amsterdam, 393 (1994)