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Journal of the Korean Industrial and Engineering Chemistry, Vol.16, No.3, 413-421, June, 2005
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상온 방전 플라즈마-광촉매(Mn-Ti-MCM-41) 복합 시스템에 놓인 고농도 톨루엔의 분해성능
High Concentrated Toluene Decomposition by Non-thermal Plasma-Photocatalytic (Mn-Ti-MCM-41) Hybrid System
반지영, 손연희, 이성철, 강미숙1, 정석진†, 성준용2
  • 경희대학교 환경ㆍ응용화학대학
  • 1경희대학교 산학협력기술연구원
  • 2연세대학교 CT 연구단
Ji-Young Ban, Yeon-Hee Son, Sung-Chul Lee, MiSook Kang1, Suk-Jin Choung†, and Joon-Yong Sung2
  • College of Environment and Applied Chemistry, Kyung Hee University, Korea
  • 1Industrial Liaison Research Institute, Kyung Hee University, Korea
  • 2Yonsei Center for Clean Technology, Yonsei University, Korea
E-mail:
초록
저온 플라즈마 반응과 광촉매 반응을 복합적으로 사용하여 휘발성 유기화합물(Volatile Organic Compounds)의 일종인 고농도(1000 ppm) 톨루엔의 분해에 대한 연구를 수행하였다. 사용된 촉매는 균일한 기공크기를 갖는 hexagonal 형태의 Mn-Ti-MCM-41 촉매로서, 수열 합성법으로 합성하였고, XRD, XPS, TEM, BET/ICP, NH3/Toluene-TPD 등의 특성 분석을 통해서 톨루엔의 분해반응에 적절한 촉매임을 확인할 수 있었다. 상온(20 ℃)에서 반응을 실시하였고, 반응기에 인가된 전압은 9.0 kV로 고정하였다. 실험결과, 플라즈마 단독 시스템에서 톨루엔의 분해반응을 실시하였을 때 광촉매 단독 시스템에서 보다 40% 이상 활성이 향상되었다. 그러나 플라즈마 단독 시스템에서는 페놀, C2~C4의 알켄류 등의 부생성물의 발생량이 증가하였다. 한편, 플라즈마-광촉매 복합 시스템에서 톨루엔의 분해를 실시하였을 경우, 부생성물의 발생량이 현저하게 줄어들었다. 한편, 플라즈마-광촉매 복합 시스템에서 톨루엔의 분해를 실시하였을 경우, 부생성물의 발생량이 현저하게 줄어들었다. 특히, Mn5mol%-Ti-MCM-41 촉매를 사용하였을 경우 분해된 톨루엔의 농도 800 ppm 중에서 CO2로의 전환율은 43.9%로 다른 촉매들에 비해 가장 높은 선택도를 보였다. 이는 플라즈마-광촉매 복합 시스템이 톨루엔의 분해 반응에 있어서 광촉매 반응이나 플라즈마 단독 반응에 비해 효과적임을 알 수 있었다.
This study focused on the decomposition of toluene in a plasma-photocatalytic hybrid system. Hexagonally packed meso-structured Mn-titanosilicates (Mn-Ti-MCM-41), as the photocatalysts, have been prepared by the hydrothermal method. The physical properties of the photocatalysts were characterized using XRD, XPS, TEM, BET/ICP, and NH3/Toluene-TPD. Experiments were carried out at the applied voltage of 9.0 kV and at room temperature of 20 ℃. In the plasma only system, the activity of the toluene decomposition was higher than that in the photocatalytic system. However, the amount of by-products, such as phenol, C2~C4 alkene, was also increased in the plasma only system. However, the by-products decreased remarkably in a plasma-photocatalytic hybrid system. When Mn5mol%-Ti-MCM-41 was used as a photocatalyst in a plasma-photocatalytic hybrid system, the CO2 selectivity in products was increased dramatically compared to other catalysts. It was confirmed that a plasma-photocatalytic hybrid system was better for toluene decomposition compared to photocatalytic and plasma only systems.
Keywords:toluene decomposition;Mn-Ti-MCM-41;plasma-photocatalytic hybrid system;CO2 selectivity
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