† 교신저자, 한국철도기술연구원, 철도환경연구실 E-mail : [email protected]
* 한국철도기술연구원, 철도환경연구실
** 한국철도공사, 환경경영처
염기 처리 제올라이트를 이용한 객실용 이산화탄소 저감방안 연구
Study on the Removal of Carbon Dioxide in Passenger Cabin using Base-Modified Zeolites
조영민† 이지윤* 권순박* 박덕신* 최진식* 김희만**
Youngmin Cho Ji-Yun Lee Soon-Bark Kwon Duck-Shin Park Jin-Shik Choi Hee-Man Kim
ABSTRACT
Carbon dioxide concentration of railroad passenger cabin is obliged to be kept lower than guideline values of 'Indoor air quality guideline for public transportations', but actual carbon dioxide concentration frequently exceeds this guideline value. Ventilation is most desirable to lower carbon dioxide concentration but there are some cases when the ventilation is not applicable. In this study, carbon dioxide concentration control method using adsorbents was presented. Base and zeolites, good adsorbents of carbon dioxide, were mixed and palletized.
Carbon dioxide adsorption performance of this adsorbents were studied. It was found that base-modified zeolites adsorbed carbon dioxide better than zeolites only.
1. 서 론
현대인들은 80∼90%이상을 실내 공간에서 머물고 있으며, 또한 에너지 절약을 위해 건물 의 밀폐화와 높아지고, 이에 따라 환기율은 감소하고 있다[1]. 이에 따라 실내공기의 오염도 는 심각해지고 있는데, 특히 이산화탄소 농도의 증가는 집중력 저하, 작업능률 저하, 생산성 감소, 어지러움, 두통 등을 유발한다[2]. 이에 따라 실내공간의 이산화탄소를 저감시키기 위 한 다양한 연구가 진행되고 있다.
본 연구에서는 철도차량의 객실이나 강의실 등 단기간에 많은 사람들이 밀집하게 되는 실 내공간에 대하여 이산화탄소 농도 증가를 낮추기 위하여 이산화탄소 흡착제를 이용하였다.
흡착제는 이산화탄소와 잘 반응하는 수산화물로 zeolite를 개질하여 이산화탄소가 잘 흡착될 수 있도록 하고자 하였다. 개질시 전처리 및 후처리 온도, 구성 성분비 등을 변화시키면서 이산화탄소에 대한 흡착성능을 알아보았다. 본 합성법으로 개질된 흡착제는 이산화탄소 흡 착 반응기를 이용하여 이산화탄소 흡착 특성을 측정하였으며, 최적의 이산화탄소에 대한 높 은 흡착 선택성, 재생 효율을 나타낼 수 있는 방안에 대하여 연구를 수행하였다.
544
2. 실 험
2.1. 흡착제 제조
흡착제는 상용 zeolite를 LiOH로 개질하여 제조하였다. 제조 전에 zeolite와 LiOH를 고온 으로 소성한 후에 크기 250 µm 이하의 입자상 물질로 grinding 한 후에 물을 이용하여 pellet 형태로 성형하였다. 각 pellet은 크기 4 mm 가량의 정사각형 모양으로 성형하였으며, 성형 후에는 저온에서 24시간 건조하여 최종적으로 흡착제를 얻었다. 흡착제를 준비할 때에 온도와 용매 등을 다양하게 변화하여 여러 가지의 흡착제를 제조하였으며, 이렇게 제조한 흡착제를 그림 1에 나타내었다.
그림 1. 제조된 이산화탄소 흡착제 2.2. 실험 장치 및 방법
Lab-scale의 이산화탄소 흡착 및 탈착 성능 평가시스템을 그림 2와 같이 제작하였다. 이산화탄 소 흡착성능을 평가하기 위하여 이산화탄소와 질소를 혼합기를 통하여 혼합시킨다. 혼합된 공기 를 흡착 반응기에 통과시킨 후의 이산화탄소 농도를 모니터링 하여 흡착된 이산화탄소의 양을 계 산하였다. 흡착반응기는 1/2 inch 관에 10 g의 흡착제를 충진하여 실험하였다. 이산화탄소와 질소 는 각각의 유량 조절기로 유량을 조절하여 혼합기체의 이산화탄소 농도를 5,000 ppm으로 맞추었 고, 혼합기체의 유량은 1∼3 L/min으로 변화시켰다. 흡착기체는 흡착 반응기의 아래쪽으로 유입 되어 이산화탄소의 흡착이 진행된 후에 위쪽 방향으로 나와서 이산화탄소 분석기로 유입되도록 하였고, 이산화탄소 농도를 모니터링 하였다.
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그림 2. 이산화탄소 흡착 성능평가 실험 장치 3. 결과 및 고찰
LiOH와 zeolite의 전처리 온도 조건을 다양히게 변화시키면서 이산화탄소 흡착 특성 실험 을 수행하여 최적의 흡착조건을 모색하였다. 그림 3은 LiOH의 전처리 온도에 따른 흡착제 의 이산화탄소 흡착 성능을 나타내었다. LiOH는 150∼200℃로 전처리 하였을 때 흡착성능 이 가장 우수하였다. 그림 4는 zeolite의 전처리 온도에 따른 흡착제의 이산화탄소 흡착 특 성을 나타낸 것이다. 실험 결과 전처리 온도가 400℃일 때 이산화탄소 흡착성능이 가장 우 수함을 알 수 있었다. 이는 zeolite의 전처리 온도가 높을수록 표면에 흡착한 기체들을 더욱 많이 탈착되고 이산화탄소가 흡착할 수 있는 부분이 증가하기 때문인 것으로 보인다.
KZL 13X
Time(hr)
0 5 10 15 20 25
C O 2 ( p p m )
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000
298 373 423 473 LiOH dry Temp.(K )
KZL 5A
Timem(hr)
0 5 10 15 20 25
C O 2 ( p p m )
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000
298 373 323 423 LiOH dry Temp.( K )
그림 3. LiOH 전처리 온도에 따른 이산화탄소 흡착 특성
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KZL 13X
Time (hr)
0 5 10 15 20 25
C O
2( p p m )
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000
298 373 473 573 673 Zeolite dry Temp. (K)
KZL 5A
Time (hr)
0 5 10 15 20 25
C O
2( p p m )
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000
298 373 473 573 673 Zeolite dry Temp. (K)
그림 4. Zeolite 전처리 온도에 따른 이산화탄소 흡착 특성 5. 결론
본 연구에서는 상용 zeolite와 LiOH를 이용하여 이산화탄소 흡착제를 제조하고, 이산화탄 소에 대한 흡착 특성을 분석하여 철도차량 객실과 같은 실내공간의 이산화탄소 처리가능성 을 알아보았다. 흡착제의 전처리 온도에 따른 영향을 알아본 결과 전처리 온도가 높을수록 이산화탄소 흡착성능이 좋아지는 것을 볼 수 있었으며, 제올라이트 단독으로 사용할 경우보 다 염기로 처리하였을 때의 이산화탄소 흡착성능이 더욱 우수함을 알 수 있었다.
감사의 글
본 연구는 국토해양부 미래도시철도기술개발사업(도시철도 터널 및 차량의 공기질 개선기 술개발 연구단) 및 2010년도 교육과학기술부의 재원으로 휴먼인지 환경사업본부-신기술융합형 성장동력사업의 지원을 받아 수행된 연구(No. 2010K001142)입니다.
참고문헌
1. 환경부 (2008) www. me.go.kr.
2. 박영숙 (2005) 어린이집 실내공기질 모니터링 결과 및 개선대책, 한국환경사회정책연구소, KESP E-0504.
