The CH₃CHO Removal Characteristics of Lightweight Aggregate Concrete with TiO₂ Spreaded by Low Temperature Firing using Sol-gel Method

콘크리트工學

第31卷 第2A 號·2011年 3月 pp. 129 ~ 136

Sol-gel법으로 이산화티탄(TiO

)을 저온소성 도포시킨 경량골재콘크리트의 아세트알데히드(CH

CHO) 제거 특성

The CH ³ CHO Removal Characteristics of Lightweight Aggregate Concrete with TiO ² Spreaded by Low Temperature Firing using Sol-gel Method

이승한*·여인동**·정용욱***·장석수****

Lee, Seung Han · Yeo, In Dong · Jung, Yong Wook · Jang, Suk Soo

···

Abstract

Recently studies on functional concrete with a photocatalytic material such as TiO2 have actively been carried out in order to remove air pollutants. The absorbtion of TiO2 from those studiesis applied by it being directly mixed into concrete or by suspension coated on the surface. When it comes to the effectiveness, the former process is less than that of the latter compared with the TiO2

use. As a result, the direct coating of TiO2 on materials' surface is more used for effectiveness. The Surface spread of it needs to have a more than 400°C heat treat done to stimulate the activation and adhesion of photocatalysis. Heat treat consequently leads hydra- tion products in concrete to be dehydrated and shrunk and is the cause of cracking.The study produces TiO2 used Sol-gel method which enables it to be coated with a low temperature treat, applies it to pearlite using Lightweight Aggregate Concrete fixed with a low temperature treat and evaluates the spread performance of it. In addition to this, the size of pearlite is divided into two types:

One is 2.5mm to 5.0mm and the other is more than 5.0mm for the benefit of finding out the removal characteristics of CH3CHO whether they are affected by pearlite size, mixing method and ratio with TiO2 and elapsed time. The result of this experiment shows that although TiO2 produced by Sol-gel method is treated with 120 temperature, it maintains a high spread rate on the XRF(X ray Florescence) quantitative analysis which ranks TiO2 38 percent, SiO2 29 percent and CaO 18 percent. In the size of perlite from 2.5 mm to 5.0 mm, the removal characteristic of CH3CHO from a low temperature heated Lightweight concrete appears 20 percent higher when TiO2 with Sol-gel method is spreaded on the 7 percent of surface. In other words, the removal rate is 94 percent com- pared with the 72 percent where TiO2 is mixed in 10 percent surface. In more than 5.0 mm sized perlite, the removal rate of CH3CHO, when TiO2 is mixed with 10 percent, is 69 percent, which is similar with that of the previous case. It suggests that the size of pearlite has little effects on the removal rate of CH3CHO. In terms of Elapsed time, the removal characteristic seems apparent at the early stage, where the average removal rate for the first 10 hours takes up 84 percent compared with that of 20 hours.

Keywords :

···

요 지

최근 대기오염 물질을 제거하기 위하여

등의 광촉매 재료를 사용한 기능성콘크리트에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다

이들 연구에서

의 흡착은 콘크리트에 직접 혼합하거나

현탁액을 표면에 직접 도포하는 방법을 사용하고 있다

이 중 콘크리트에

를 직접 혼합하는 방법은

의 사용량에 비하여 효능이 떨어져 표면에 직접 도포하는 방법이 많이 이용

된다

의 표면도포는 광촉매의 활성화와 접착성 증대를 위하여

^{이상의 고온 열처리를 실시하게 되며}

^{이는 콘크리트}

수화생성물의 탈수·수축으로 내부균열을 발생시키는 원인이 되기도 한다

이에 이 연구에서는

의 저온도포가 가능한

법으로

를 제조하였으며 펄라이트 사용 경량골재콘크리트에 저온 고정화하여

도포 성능을 평가하였다

또한 펄라이 트 입경을

와

이상으로 구분하여 펄라이트 입경

혼입방법과 혼입률 및 시간경과에 따른

제거 특성을 검토하였다

^실험결과

^{법으로 제조한}

를

^{에서 저온 도포할 때}

^{정량분석에서}

순으로 나타나

도포율은 높게 나타났다

또한 펄라이트 입경

에서

를 저온도포한 경량골재콘크리트의

제거 특성은

법으로 제조된

를

표면 도포하였을 경우

로 나타나

를 혼 입할 때

에 비해 약

정도 높게 나타났다

또한 펄라이트 입경

이상에서

를

로 치환하여 혼합하였을 경우

^제거율은

^{로 펄라이트 입경}

^{에 대한}

^{와 비슷하게 나타나 펄라이트 입경이}

^제

거율에 미치는 영향은 크지 않았다

시간 경과에 따른

제거 특성은 전 시험편의

시간 평균 제거율이

시간 전

체 제거율의

수준으로 나타나 반응 초기에 제거율이 높은 것으로 나타났다

핵심용어 :

법

저온소성

이산화티탄

경량골재콘크리트

아세트알데히드

*정회원·계명대학교공과대학토목공학과교수

(E-mail : [email protected])

**계명대학교공과대학토목공학과박사과정

(E-mail : [email protected])

***정회원·교신저자·계명대학교첨단건설재료실험센터

(E-mail : [email protected])

****계명대학교첨단건설재료실험센터

(E-mail : [email protected])

1. 서 론

최근 정부의 친환경 녹색성장 정책에 따라 건설 산업에서 도 환경부하를 저감시킬 수 있는 콘크리트 제품 개발이 요 구되고 있다 . 이러한 요구에 부합하는 기능성 재료 중 하나 가 이산화티탄 ( 이하 ‘TiO

’ 라 약함 ) 을 광촉매 재료로 사용하 여 대기오염물질을 제거할 수 있도록 한 기능성콘크리트이다 .

광촉매 재료를 이용한 환경오염물질 처리기술은 TiO

를 코 팅한 재료 표면의 초친수성 (super hydrophilicity) 이 발견되면 서 기능성 재료의 개발과 콘크리트에의 적용이 활발하게 진 행되어 왔다 (A. Fujishima, K. Honda, 1972). 그러나 TiO

단 독으로는 기층 소재의 표면에 강한 내구성을 가질 수 있도 록 흡착시키기 어렵기 때문에 적절한 결합재 (Binder) 나 코팅 할 수 있는 기술 개발이 필요하다 .

일반적으로 TiO

를 콘크리트에 고정화하는 방법은 콘크리 트에 직접 혼합하거나 , 현탁액을 표면에 합성 , 도포하는 방 법이 있다 . 이 중 콘크리트에 TiO

를 직접 혼합하는 방법은

TiO

의 사용량에 비하여 효능이 떨어져 표면에 직접 도포하

는 방법이 많이 이용된다 . TiO

의 표면도포는 광촉매의 활성

화와 접착성 증대를 위하여 400

C 이상의 고온 열처리를 실시하고 있다 . 그러나 콘크리트의 경우 250~350

C 의 고온 에 노출되면 Al

O

와 Fe

O

를 함유한 수화생성물의 탈수·

수축으로 인한 균열이 발생하게 되며 , 400~700

C 의 고온에 노출되면 Ca(OH)

가 탈수되어 CaO 로 변화하게 되고 , 수분 이 공급되면 탈수·수축에 의한 내부균열의 원인이 되기도 한다 ( 송종진 , 2003).

이에 이 연구에서는 TiO

의 저온도포가 가능한 Sol-gel 법 으로 TiO

를 제조하였으며 (Jong Kyu Kim, 2008), 펄라이 트 사용 경량골재콘크리트에 TiO

를 저온도포시켜 고온에서 발생할 수 있는 콘크리트의 균열 및 붕괴 등의 문제점을 해 결하고자 하였다 . 또한 , 휘발성 유기화합물 (VOCs) 의 대표적 인 물질인 아세트알데히드 (Acetaldehyde, 이하 ‘CH

CHO’ 라 약함 ) 제거 특성을 평가하고자 하였다 .

이를 위하여 경량골재콘크리트에 Sol-gel 법으로 제조한

TiO

를 저온도포 후 공시체의 화학적 성분 분석을 위하여

XRF 정량분석을 실시하였다 . 또한 , 경량골재로 사용한 펄라 이트의 입경 , TiO

의 혼입방법 , 혼입량에 따른 CH

CHO 제 거 성능평가를 실시하였다 .

2. 실험개요

2.1 사용재료

2.1.1 시멘트

시멘트는 분말도 3,426 cm

/g 인 보통포틀랜드시멘트를 사 용하였으며 , ^{물리·화학적 성질은} Table 1 ^{과 같다} .

2.1.2 펄라이트

실험에 사용한 펄라이트는 최대 입경 10 mm 미만 , 공극 률 90% 내외인 국내 K 사 제품으로 화학성분을 Table 2 에 나타내었으며 , 물리적 성질을 Table 3 에 나타내었다 .

펄라이트는 입경에 따른 영향을 검토하기 위하여 체가름을 실시하여 2.5~5.0 mm 미만과 5.0 mm 이상으로 구분하여

Table 1. Chemical composition and physical properties of cement

(cm²/g) Density

(g/cm³) Ig.loss Chemical composition

SiO² Al²O³ Fe²O³ CaO MgO SO³ Basicity

3,426 3.15 0.9 22.94 5.57 3.33 64.05 2.58 0.61 -

Table 2. Chemical composition of perlite

Components SiO2 Al2O3 K2O Na2O CaO Fe2O3 MgO

Content ratio(%) 73.28 14.57 2.84 4.12 1.02 0.94 0.37

Table 3. Physical properties of perlite

(g/cm³) Porosity

(%) Thermal conductivity

(kcal/mh^oC) Usable temperature

(^oC) pH Color

0.515 90 or so 0.03~0.05 -250~1,000 6.5~7.5 Light gray

Fig. 1 Photo of perlite particle size

사용하였다 . Fig. 1 ^{에 펄라이트의 입경에 따른 전경을 나타}

내었다 .

2.1.3 이산화티탄 (TiO

)

이 연구에서는 TiO

의 저온도포를 위하여 Sol-gel 법으로

TiO

를 제조하였다 . TiO

제조에 사용된 시약은 Tetrabutyl orthotitanate, Diethanolamine 및 Ethyl alchol 로 사용 시약 의 화학적 성질을 Table 4 에 나타내었다 .

Table 4 의 시약을 사용하여 Sol-gel 법으로 TiO

를 제조하 였으며 , 제조된 TiO

와 펄라이트로 제조된 경량골재콘크리트 를 120

C 에서 저온 도포하여 CH

CHO 제거 특성을 검토하 였다 . 또한 저온도포할 때의 TiO

도포성능 및 광촉매 효과 를 비교 검토하기 위하여 국내 D 사의 Choride method 로 제조된 Anatase 형 TiO

를 사용하였으며 , 사용 TiO

의 물리 적 특성은 Table 5 와 같다 .

3. 실험계획 및 방법

3.1 실험계획

경량골재콘크리트를 제조할 때 사용한 펄라이트의 입경변 화 , TiO

의 혼입방법 , 혼입량에 따른 CH

CHO 의 제거 성 능을 검토하기 위한 것으로 이를 위한 실험계획은 Table 6

과 같다 . TiO

를 혼합할 때의 CH

CHO 제거 특성을 검토 하기 위한 TiO

량은 단위시멘트량에 0, 5, 10% 의 비율로 혼합하였으며 , Sol-gel 법으로 제조한 TiO

의 사용량은 단위 시멘트량에 0, 3.5, 7% 사용하였다 . Sol-gel 법으로 제조한

TiO

의 사용량은 몰 (Mol) 비를 변화시켜 몰비에 따라 생성 되는 TiO

고형물의 양을 단위시멘트량에 대한 비율로 환산 한 것이다 .

펄라이트를 사용한 경량골재콘크리트의 제조는 프리웨팅

(Pre-wetting) 한 펄라이트를 시멘트와 30 초간 건비빔하고 , 혼 합수를 투입하여 60 ^{초간 혼합하여 φ} 100×200 ^및 400×400 mm 시편을 제작하였다 . 펄라이트를 사용하여 제작된 경량골 재콘크리트를 Fig. 2 에 나타내었다 .

3.2 실험방법

3.2.1 시멘트페이스트의 유동성

경량골재콘크리트를 제조할 때 시멘트 페이스트의 유동성

평가는 KS F 2432 「주입모르타르의 컨시스턴시 시험방법」

에 준하여 실시하였으며 , 사용 페이스트의 유동성 기준은

18±2 sec 로 하였다 . 3.2.2 XRF 분석

Sol-gel ^{법으로 제조한} TiO

의 표면도포 성능을 알아보기 위하여 X-Ray Fluorescence Spectrometer(XRF) 분석을 실

시하였다 . XRF 분석을 위해 완전히 건조된 공시체의 표면

에서 시료를 채취하여 Disk mill 로 분쇄한 후 전량이 300

µ m 체를 통과한 미립분 시료를 사용하였다 . 3.2.3 광촉매 성능평가

CH

CHO 제거성능 평가 시험은 한국광촉매협회「광촉매 성능평가 시험방법 - 가스백 B 법」에 준하여 실시하였다 . Table 4. Chemical properties of using reagent

Diethanolamine C4H11NO2 99.0 ALDRICH

Ethyl alcohol C²H⁵OH 99.0 DUKSAN

Table 5. Physical properties of TiO

(Anatase)

formula Molecular

weight Color Crystal form Density (g/cm³) TiO² 79.90 white Anatase 3.84~4.26

Table 6. Experiment plan

Series Perlite

particle(mm) TiO2

Mixed method Mixed weight Pe2.5-T¹0^주1)

2.5~5 ^Mixture

0

Pe2.5-T¹5.0 5.0

Pe2.5-T110 10

Pe2.5-T²3.5 Coating 3.5

Pe2.5-T27.0 7.0

Pe5.0-T¹0 More than 5 Mixture 0

0Pe5.0-T110 10

Fig. 2 Production of lightweight aggregate concrete specimens

Fig. 3 A tester of photocatalyst performance

CH

CHO 표준가스를 사용한 광촉매 성능평가 시험기 전경 을 Fig. 3 에 나타내었다 .

일반적으로「광촉매 성능평가 시험방법 - 가스백 B 법」에서 는 시험편의 흡착평형 조건인 초기농도와 암조건용 시험농 도를 구하여 그 값이 시험 성립조건을 만족하여야 한다 . 이 연구에서는 광촉매 성능평가 시험의 유효성 판단을 위하여 다음의 성립조건을 검토하였다 .

① “ 양조건 시험농도 ” 2 개가 모두 “ 초기농도 ” 의 80% 이 상일 것

② “ 초기농도 ” 4 개를 식 (1) 에 따라 계산하여 그 값이

0.25 이하일 것

(1)

4. 실험결과 및 분석

이 연구에서는 펄라이트를 사용한 경량골재콘크리트에 Sol- gel 법으로 제조한 TiO

를 저온 도포시켜 CH

CHO 제거 특 성을 평가하고자 하였다 . ^{이를 위하여 경량골재콘크리트에} Sol-gel 법을 이용하여 TiO

를 제조하였으며 , 제조된 TiO

를 표면 도포시킨 공시체의 XRF 정량분석을 실시하여 TiO

도 포성능을 평가하였다 . 또한 , TiO

의 혼입방법 및 혼입량의 변화에 따른 CH

CHO 제거 성능평가를 실시하였다 .

4.1 Sol-gel법에 의한 TiO

제조 및 120

C 저온 도포

Sol-gel 법에 의한 TiO

제작 전경을 Fig. 4 에 나타내었다 . Sol-gel ^법으로 TiO

를 제조하기 위한 출발물질로는 Tetrabutyl orthotitanate(C

H

O

Ti) 를 사용하였다 . C

H

O

Ti 8.51 ml 와

Diethanolamine(C

H

NO

) 2.6 ml 를 교반기에서 5 분간 교반 후 Ethyl alcohol(C

H

OH) 64.82 ml 를 첨가하여 약 2 시간동안 교반 후 증류수 (H

O) 0.9 ml ^와 C

H

OH 10 ml ^{를 추가로 첨}

가하면 안정한 Gel 상태가 된다 . 이러한 반응을 가수분해라 하

고 이 때의 몰 (Mol) 비는 C

H

O

Ti:C

H

NO

:H

O:C

H

OH

=1:2:2:25.6 이 된다 .

Sol-gel ^{법에 의해 제조된} TiO

의 표면 도포 과정을 Fig.

5 에 나타내었다 .

Sol-gel 법에 의해 제조된 TiO

의 표면도포는 Fig. 5 와 같 이 Gel 과 공시체를 초음파진동기 (Ultra Sonic) 에 침지시켜 완전히 응고시킨 후 응고된 공시체를 120

C 오븐에서 2 시간 저온소성시키면 콘크리트의 공시체 표면에 얇은 막을 가진

TiO

가 코팅되게 된다 . TiO

의 도포성능을 평가하기 위하여 일반 경량골재콘크리트와 Sol-gel 법으로 제조한 TiO

가 표면 도포된 경량골재콘크리트의 표면시료를 채취하여 XRF 정량

--- 0.25

≤ 최고초기농도−초기농도

산술평균값

Fig. 4 TiO

product by Sol-gel method

Fig. 5 The flowchart of TiO

coating by Sol-gel method

Fig. 6 The flowchart of TiO

coating by Sol-gel method

분석을 실시하였다 .

Fig. 6 은 TiO

를 도포하지 않은 경량골재콘크리트와 TiO

를 120

C ^{에서 저온도포한 경량골재콘크리트의} XRF ^정량분

석 결과를 나타낸 것이다 . 이 그림에서 TiO

를 도포하지 않 은 경량골재콘크리트에서는 SiO

47%, CaO 29%, Al

O

12% 순으로 나타났다 . 반면 Sol-gel 법으로 제조한 TiO

를 저온도포한 경량골재콘크리트에서는 TiO

38%, SiO

29%, CaO 18%, Al

O

7% 로 나타나 TiO

표면 도포율이 높은 것을 알 수 있다 .

XRF 분석결과를 바탕으로 이 연구에서 사용된 시멘트 , 펄 라이트 , 경량골재콘크리트 , Sol-gel 법으로 제조한 TiO

가 표 면 도포된 경량골재콘크리트의 화학적 조성을 Table 7 에 나 타내었고 , 이를 도식화하여 Fig. 7 에 나타내었다 .

Fig. 7 과 같이 Cement 의 경우 석회 (CaO) 64.05%, 실리

카 (SiO

) 22.94%, 알루미나 (Al

O

) 5.57% 가 주성분이고 그 외 산화철 (Fe

O

) 및 마그네시아 (MgO) 등을 함유하고 있는 것으로 나타났으며 , ^{펄라이트의 경우} SiO

성분이 73.28% ^로

대부분을 차지하고 있는 것으로 나타났다 . Pe2.5T

-0 의 경우 에서는 SiO

46.6%, CaO 28.69% 로 시멘트와 펄라이트의 혼합물로 조성된 일반적인 경량골재콘크리트임을 알 수 있 다 . 반면 TiO

를 7% 저온도포한 Pe2.5T

-7.0 의 경우 TiO

함유율이 38% 로 가장 높게 나타났다 .

TiO

가 표면도포된 경량골재콘크리트의 시간의 경과에 따 른 TiO

함유율 변화를 알아보기 위하여 재령별 XRF 정량 분석을 실시하였다 . Sol-gel 법에 의해 제조된 TiO

가 7% 로 표면 도포된 Pe2.5T

-7.0 공시체의 재령 1 일 , 1 주 , 1 개월 , 2

개월 경과 후 표면시료를 채취하여 XRF 정량분석을 실시하 였으며 시간의 경과에 따른 TiO

함유량을 Fig. 8 에 나타내 었다 .

Fig. 8 과 같이 Sol-gel 법으로 TiO

를 표면 도포한 다음 시간의 경과에 따른 TiO

의 변화량을 XRF 정량분석한 결과 재령 1 ^일에서 38.12%, 1 ^{주 경과 후} 38.14%, 1 ^{개월 경과}

후 37.87%, 2 개월 경과 후 37.59% 로 나타났다 .

이와 같이 Sol-gel 법으로 제조한 TiO

는 120

C 의 저온 도포에서도 TiO

표면도포율은 약 38% 로 나타났으며 시간 의 경과에 따른 TiO

함유율의 변화는 표면 도포 2 개월 경 과 후의 변화율이 0.5% 로 거의 없는 것으로 나타났다 . 따라 서 Sol-gel 법으로 TiO

를 경량골재콘크리트에 저온 도포할 경우 표면도포율이 높고 , 시간의 경과에 따른 변화가 거의 없는 것으로 나타나 광원으로부터 직접적으로 조사를 받아

Table 7. Chemical composition of materials

Components Materials

Cement Perlite Pe2.5T¹-0 Pe2.5T²-7.0

Chemical composition

SiO2 22.94 73.28 46.60 28.87

Al²O³ 5.57 14.57 11.52 7.18

Fe2O3 3.33 0.94 3.00 2.31

CaO 64.05 1.02 28.69 17.69

MgO 2.58 0.37 1.30 0

TiO² 0 0 0.23 38.12

Other 1.53 9.82 8.66 5.83

Fig. 7 Chemical composition of materials

Fig. 8 Content raito of TiO

(%) with time lapse

Table 8. Results of experiment

Series

Dark condition CH³CHO concentration(ppm) Light condition removal efficiency(%) Intial concentration Dark condition test concentration

5 hr. 10 hr. 15 hr. 20 hr.

Concentration

(%) Condition 2 Concentration

(%) Condition 1

Pe2.5T1-0 82 0.225 78 95.12(%) 13.33 16.67 18.89 20

Pe2.5T¹-5 80 0.250 75 93.75 16.67 26.67 31.11 33.33

Pe2.5T1-10 80 0.250 75 93.75 46.67 62.22 70 72.22

Pe2.5T²-3.5 80 0.250 75 93.75 27.78 42.22 47.78 50

Pe2.5T2-7.0 80 0.250 75 93.75 55.56 78.89 91.11 94.44

Pe5.0T¹-0 80 0.250 75 93.75 11.11 14.44 15.56 16.67

Pe5.0T1-10 82 0.225 75 95.12 38.89 56.67 66.67 68.89

야 활성을 일으키는 광촉매 효과를 발현할 수 있을 것으로 판단된다 .

4.2 CH

CHO 제거 특성

TiO

를 혼입한 경량골재콘크리트의 CH

CHO 제거성능을 평가하기 위하여 경량골재콘크리트를 제조할 때 TiO

분말 을 0, 5, 10% 혼합하는 방법과 Sol-gel 법으로 TiO

를 0, 3.5, 7.0% 저온도포하여 TiO

혼입률에 따른 CH

CHO 제 거 성능을 평가하였다 . 공시체 조건별 시간에 따른

CH

CHO 제거성능을 Table 8 에 나타내었다 .

Table 8 에서 시험편의 흡착평형 조건인 초기농도와 암조건

용 시험농도는 모든 시편에서 초기농도 값에 대한 암조건 시험농도가 93.75% 및 95.12% 로 모두 80% 이상으로 나타

났으며 , 초기농도 계산 값 모두 0.25 이하로 나타나 시험

성립조건을 만족하는 것으로 나타났다 . 4.2.1 시간경과에 따른 CH

CHO 제거 특성

Fig. 9 는 UV-A 의 파장대를 가지는 20W Black Light Lamp ^{에 시험편을 놓고} 20 ^{시간 동안} CH

CHO ^{농도 변화를}

측정한 것으로 시간경과에 따른 CH

CHO 제거특성을 나타 낸 것이다 .

Fig. 9 에서 시간경과에 따른 CH

CHO 제거율은 TiO

의 혼입 방법 , 혼입량 , 펄라이트의 입경에 관계없이 10 시간까지 급격히 증가하다가 10 시간 이후의 제거율 증가폭은 크지 않 은 것으로 나타났다 .

제거율이 가장 높은 Pe2.5T

-7.0 의 경우 5 시간 제거율이

56%, 10 ^시간에서 79% ^{로 시험 종료시간인} 20 ^{시간 전체 제}

거율 94% 중 84% 가 10 시간 이내에 일어났다 . 또한 제거율 이 가장 낮은 Pe5.0T

-0 의 경우에서도 20 시간 전체 제거율

17% 중 10 시간 제거율이 14% 로 약 85% 로 나타났다 . 이와 같이 전 시험편의 10 ^{시간 평균 제거율은} 20 ^{시간 전체 제거}

율의 84% 수준으로 나타나 반응 초기에 제거율이 높은 것

으로 나타났다 . 그러나 이것은 시험편의 CH

CHO 제거 성 능이 시간의 경과에 따라서 감소하는 것을 의미하는 것은 아니며 , ^{시험조건이 밀폐된 용기 속에 들어있는} CH

CHO

가스 90 ppm 의 용량에 대한 제거율을 의미하는 것이다 . 4.2.2 TiO

혼입방법에 따른 CH

CHO 제거 특성

TiO

혼입방법에 따른 CH

CHO 제거 특성을 검토하기

위하여 경량골재콘크리트를 제조할 때 TiO

분말을 혼합하

는 방법과 Sol-gel 법에 의한 표면도포 방법에 따라 변화시켰

다 . 경량골재콘크리트 제조시 TiO

분말을 단위시멘트량에

0, 5, 10% 로 치환하여 혼합하였을 경우 CH

CHO 제거 특 성을 Fig. 10 에 나타내었다 .

Fig. 10 에서 TiO

를 혼입하지 않은 Pe2.5T

-0 에서도 20 시 간 CH

CHO 제거율은 20% 로 나타났다 . TiO

를 혼합하지 않은 시험편에서 CH

CHO 제거율이 나타나는 것은 경량골 재인 펄라이트 자체에 형성된 미세한 공극으로 인한 흡착의 효과에 기인한 것으로 판단된다 . 반면 , TiO

를 5% 혼입한

Pe2.5T

-5 에서는 33%, TiO

를 10% 혼입한 Pe2.5T

-10 에서 는 72% 로 나타나 CH

CHO 제거율은 Pe2.5T

-0 과 비교해

Pe2.5T

-5 에서는 13%, Pe2.5T

-10 에서는 52% 증가하는 것 으로 나타났다 .

Sol-gel 법으로 제조된 TiO

를 경량골재콘크리트의 표면에

120

C 에서 저온도포하였을 때 CH

CHO 제거특성을 Fig.

11 에 나타내었다 .

Fig. 9 Removal efficiency of CH

CHO with time

Fig. 10 Removal efficiency of CH

CHO with TiO

mixing

Fig. 11 Removal efficiency of CH

CHO with TiO

coating

Fig. 11 에서 TiO

의 표면 저온도포할 경우 CH

CHO 제 거율은 Pe2.5T

-3.5 에서 50%, Pe2.5T

-7.0 에서 94% 로 나타 나 Pe2.5T

-0 와 비교해 Pe2.5T

-3.5 의 경우 30% 높게 나타 났으며 , Pe2.5T

-7.0 의 경우에서는 74% 높게 나타났다 . 또 한 Pe2.5T

-7.0 은 TiO

를 10% 혼입한 Pe2.5T

-10 의 72%

보다 22% 높게 나타나 TiO

를 표면에 도포하였을 경우가 경량골재콘크리트를 제조할 때 혼입하였을 경우보다 적은 양 을 치환하여도 CH

CHO 제거율이 높게 나타났다 . 이것은 광촉매의 경우 광원이 조사되어야만 활성을 일으키는 성질 때문에 경량골재콘크리트 내부에 존재하는 TiO

는 활성이 일 어나지 않았기 때문이다 . 따라서 , Sol-gel 법으로 제조된 TiO

를 표면 저온도포하는 것은 경량골재콘크리트의 고온도포시 균열 등 내부결함을 줄일 수 있을 것으로 판단되며 , 적은 양의 TiO

로도 CH

CHO 제거율을 높일 수 있을 것으로 판 단된다 .

4.2.3 펄라이트 입경에 따른 CH

CHO 제거 특성

경량골재콘크리트의 입경에 따른 CH

CHO 제거 특성을 검토하기 위하여 펄라이트의 입경을 2.5~5.0 mm 미만과 5 mm 이상으로 변화시켜 CH

CHO 제거율을 검토하였으며 , Fig.

12 에 펄라이트 입경과 TiO

혼입량에 따른 CH

CHO 제거 특성을 나타내었다 .

Fig. 12 에서 펄라이트 입경의 변화에 따른 20 시간

CH

CHO 제거율은 TiO

혼입량에 관계없이 펄라이트의 입 경 2.5~5.0 mm 미만인 Pe2.5T

-0 과 Pe2.5T

-10 이 펄라이 트 입경 5 mm ^이상인 Pe5.0T

-0 ^과 Pe5.0T

-10 ^{보다 약} 4% 높게 나타났다 . 이와 같이 펄라이트의 입경이 작을수록

CH

CHO 제거율이 높게 나타나는 것은 펄라이트의 입경이 작을수록 비표면적이 넓어지므로 광원 조사면적이 많아지게 되고 , ^{그 결과 광촉매의 활성반응이 높게 나타나} CH

CHO

제거율이 높게 나타난 것으로 판단된다 .

이 연구는 Sol-gel 법으로 제조한 TiO

를 경량골재콘크리트

에 120

C 에서 저온 도포시켜 휘발성 유기화합물 (VOCs) 의 대표적인 물질인 CH

CHO 제거 특성을 평가한 것으로 결론 은 다음과 같다 .

1. Sol-gel 법으로 제조한 TiO

를 120

C 에서 저온도포하여

XRF 정량분석 결과 TiO

38%, SiO

29%, CaO 18%

순으로 나타나 Sol-gel 법으로 제조한 TiO

의 저온도포가 가능하였다 .

2. 시간 경과에 따른 CH

CHO 제거특성은 TiO

의 혼입 방 법 , 혼입량 , 펄라이트의 입경에 관계없이 10 시간 평균 제

거율은 20 시간 전체 제거율의 84% 수준으로 나타나 반

응 초기에 제거율이 높은 것으로 나타났다 .

3. TiO

를 경량골재콘크리트 표면에 저온도포할 경우

CH

CHO 제거율은 Pe2.5T

-3.5 에서 50%, Pe2.5T

-7.0 에 서 94% 로 나타나 Pe2.5T

-0 와 비교해 Pe2.5T

-3.5 의 경 우 30% 높게 나타났으며 , Pe2.5T

-7.0 의 경우에서는

74% 높게 나타났다 . 또한 Sol-gel 법으로 저온도포한

Pe2.5T

-7.0 은 TiO

를 10% 혼입한 Pe2.5T

-10 의 72% 보 다 22% 높게 나타나 TiO

를 표면에 도포하였을 경우가 경량골재콘크리트를 제조할 때 혼입하였을 경우보다 적은 양의 TiO

사용으로도 CH

CHO 제거율을 높일 수 있는 것으로 나타났다 .

4. 펄라이트 입경 변화에 따른 20 시간 CH

CHO 제거율은

TiO

혼입량에 관계없이 펄라이트의 입경 2.5~5.0 mm

미만인 Pe2.5T

-0 과 Pe2.5T

-10 이 펄라이트 입경 5 mm

이상인 Pe5.0T

-0 과 Pe5.0T

-10 보다 비표면적 증가로 약

4% 높게 나타났다 .

감사의 글

이 연구는 국가과학기술연구망 (KREONET) 을 활용하여 수 행하였으며 한국과학기술정보연구원 (KISTI) ^{의 연구지원에 대}

하여 깊은 감사를 드립니다 .

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玉正 元治

窒素酸化物(NOx)を吸收するコンクリ一ト

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村田 義彦

環境た貢獻する鋪裝ブロツクの開發. ヒメント·

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藤 昭

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(

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