★..한국실내환경학회 KOSIE

광촉매 공기청정기에 의한 실내 복합냄새 제거 특성

최금찬^*⋅류재용¹⁾⋅서정민²⁾

동아대학교 환경공학과, ¹⁾한국환경산업기술원, ²⁾부산대학교 지역환경시스템공학과

Kum Chan Choi^*⋅Jae Yong Ryu¹⁾⋅Jeong Min Suh²⁾

Department of Environmental Engineering, Dong-AUniversity

1)

Korea Environmental Industry & Technology Institute

2)

Division of Environmental System Engineering, Pusan National University

Abstract

This paper presented experimental results for photocatalytic air cleaner removal performance for malodorous compounds generated from rest room. Photocatalytic oxidation (PCO) efficiency was up to 80∼

90% for NH

in chamber, 29.3% for H2S, 79.6% for CH3SH, 58.8% for DMDS individually. PCO efficiency for DMS(Dimethy Sulfide) and DMDS(Dimethyl Disulfide) were relatively lower than that of NH3 and CH3SH, this results indicate that DMS and DMDS removal process were effected by by-products of photocatalytic oxidation and humidity. Ozone was relatively low (below 5ppb) under the test conditions through photocatalytic oxidation. It is necessary to test a reliability of the air cleaner for a longtime under the various indoor conditions. But, prototype photocatalytic air cleaner will promise useful air cleaner for indoor air quality applications.

Keywords ： Malodorous compounds, Photocatalytic oxidation(PCO), Air clener, DMS, DMDS

자들의 실내공기에 대한 인식이 높아지고 있다. 일반가정에서는 부엌 거실 및 화장실 창고 등에, , 서 냄새가 발생하고 있으며 건물이 기밀화되고, 고층화가 될수록 하수구나 화장실의 배관에서 실 내 쪽으로 다양한 냄새들이 발생하고 있다 또한. , 음식의 조리과정에서 발생하는 냄새 하수구 배관, 에서 발생하는 냄새 목욕탕이나 화장실의 냄새, 등이 환기가 되지 않는 공간에서 발생되어 생활환 경상 많은 불쾌감을 주고 있다 산업현장 에서 발. 생되는 악취는 일반 실내와는 달리 다양한 배출원 을 가지고 있으며 그 처리과정 또한 간단하지 않, 다 이들 냄새의 배출원은 유독의 화학적인 성분. 을 포함하며(Kim et al.,2006), 생물학적인 발효나 부패과정에서 발생하는 황화수소 메탄 머칸탄류, , 등 다양한 종류의 냄새를 발생하고 있다 송지현( , 2006).

이와 같은 냄새를 처리하기 위한 일반적인 방법 에는 환기에 의한 방법이나 방향제 및 탈취장치 등에 의한 방법을 사용하는데 이 중 환기방법은, 순환공기를 희석하여 오염농도를 낮추는 대처방 법이며(Hayashi et al, 2008),방향제를 사용하는 것 도 일시적으로 냄새를 덮어 후각을 느끼지 못하게 할 뿐 근본적인 대처방법은 될 수가 없다 외부 환. 기에 의한 방법이 어렵거나 탈취제 등의 사용이 곤란한 밀폐공간에서는 복합냄새를 처리하기 위

을 일으키지 않는 방법을 사용해야 한다 이와 같. 은 조건을 가장 잘 충족시킬 수 있는 물질로서 광 촉매 공기청정기를 들 수 있는데 광촉매로 주로 사용되고 있는TiO2는 상온대기 중에서 강한 산화 력을 가지고 있으며 화학적으로 매우 안정할 뿐만 아니라 가격 면에서도 비교적 저렴하므로 현재까 지 많은 기초 연구가 진행되어 왔고 실용화를 위한 연구에도 많은 진전이 있었다(Tobadi et al., 2008).

본 연구에서는 이와 같은 실내의 복합냄새에 대 처하고자 가정용 소형의 광촉매 산화방식의 공기 청정기를 개발하였으며 주방이나 화장실 등에서, 발생하는 냄새물질을 제거하는데 그 목표를 두었 다 본 연구에서는 우선 제작된 광촉매 공기청정. 기에 의한 성능시험을 위해 오존 및 암모니아 황, 화수소의 처리효율을 검토하였으며 다음으로 수, 세식 화장실에서 직접 발생되는 냄새물질을 메틸 머캅탄(CH3SH), 디메틸설파이드(dimethylsulfide, 이하 DMS), 디메틸디설파이드(dimethyldisulfide, 이하DMDS)의 총 가지 냄새물질을 대상으로 하5 여 제거 성능시험을 실시하였다.

실험 및 방법 2.

본 연구에서 복합냄새물질을 실험하기 위한 실

험장치는Fig.1과 같이 실험용 챔버 환기용 팬 시, , 험용 광촉매 공기청정기 자동온습도 기록장치, , 시료샘플러로 구성되어 있다. Prototype소형 공기 청정기의 냄새제거 시험은 정확한 농도 변화를 예 측하고자 하여 공기청정협회에서 규정한 소형 시 험챔버(1m³)를 사용하였으며 흡기 및 배기가 가, 능하도록 설계되었다 챔버실험 및 복합 냄새물질. 의 측정을 위한 조건은Table.1에 요약하였다 광. 촉매 공기청정기의 복합 냄새물질의 제거실험에 앞서 오존 발생여부를 확인하기 위하여 챔버 내에 와 같은 광촉매 공기청정기를 설치하고 가동 Fig.2

후 시간변화에 따른 오존 발생농도 변화를 조사하 였다 오존의 분석방법은 공기청정기의 오존시험. 법에 의하여 실시하였다 오존은 오존분석기. 를 이용하여 측정하였으 (Model 49C, AEI, U.S.A.)

며 실험 전 챔버내부 공기를 공기팬을 이용하여 배기하고 질소가스로 크리닝한 후 챔버 내부에 설 치하여 밀폐하고 농도를 측정하였다 복합 냄새물. 질 시험은 일반주택의 수세식 화장실을 대상으로 하였으며 수세식 화장실에 광촉매 공기청정기를 설치하고 복합 냄새물질에 대한 시간경과에 따른 제거 성능을 조사하였다 복합 냄새물질의 시험. 분석을 위해 암모니아 황화수소는 검지관으로 측, 정하였으며 수세식 화장실의 복합 냄새물질 중, 황계열의CS2, DMS 와DMDS는 테드라 백을 이 용하여 포집한 후 신속히 전처리 후GC 분석을 하였다. GC분석에 사용된 검출기는 PFPD 이며,

와 로 충진된 을 사

Carbopack B Silica Gel Coldtrap 용하였다.

Items Test Conditions

Chamber Meterial Chamber Volume Chamber Temp, Humidity Rest Room Size

Photocatalytic Air Cleaner UV Lamp

Photocatalyst

Glass

1 ㎥, 1m × 1m × 1m 25 ± 2 , 50±5%℃ 1.3m × 1.3m × 2.2m 10㎝× 10㎝× 30㎝ UV-C

4㎜ball type TiO2

0 1 2 3 4 5

0 10 20 30 40 50 60

Time (min)

O z o n e ( p p b )

질별 시험 결과는 대부분 양호한 것으로 나타났 다. Fig.3에서와 같이 냄새제거 실험에 앞서 오존 발생 여부를 조사하였으며 오존농도가 서서히 증, 가하여50분이 지난 후1 ppb까지 유지되다가 다 시 감소하기 시작하였다 광촉매 청정기의 오존발. 생 시험결과 최대, 1 ppb로 측정되었으며 이 수준, 은 일반 실내공기 중10ppb~20ppb보다 훨씬 낮게 측정되었다 이는 실내공기 권고기준인. 60 ppb를 만족하며 인체에 전혀 무해한 수준이다, .

복합 냄새물질 제거 특성 3.2

복합 냄새물질에 대한 광촉매 공기청정기의 처 리효율을 검토하기 위한 대상 복합 냄새물질은 암

는 챔버실험에 의한 광촉매 공기청정기에 Fig.4

의한 암모니아의 제거실험 결과를 나타내며 암모, 니아 농도는 대상 수세식 화장실에서1ppm 이하 로 조사되어 측정범위를 벗어나 챔버내 농도를 기 준으로 조사하였다 본 시험에서는 초기농도를.

으로 조정하였으며 분 후 최소

10ppm , 30 2ppm, 60 분 후1ppm, 90분 후1ppm으로 120분에서는1ppm 이하로 거의 다 제거되었다 반복시험에서도 동일. 한 감소경향을 나타내었으며120분 경과 후2ppm 으로 나타났다 암모니아는 다른 물질에 비해 비. 교적 그 처리가 쉬우며 광촉매 공기청정기에서 빠 른 시간 내에 분해되는 경향을 나타내었다.

는 챔버실험에 의한 광촉매 공기청정기에 Fig.5

의한 황화수소의 제거실험의 결과이다 황화수소. 는 혐기성 분해에서 발생하는 냄새물질로서 황화 합물이 포함된 음식물들이 부패할 때 주로 발생하 며 부식성이 강하고 매우 자극적인 냄새를 지닌 다 중독 시에는 구토와 기침 등이 발생하고 고농. 도에서는 질식 위험이 있다 또한 금속류에 대한. , 부식이 강하며 본 시험완료 후에서도 장치의 일부 부식을 확인할 수 있었다 챔버를 사용하여 시험. 한 결과 초기농도가, 5ppm에서 시작하여30분 후

로 감소하였으며 분 후에는 3 3.2ppm∼ , 60 2.2ppm,

분 후에는 으로 감소하여 분 후에

90 1 1.2ppm∼ 120 는 거의1ppm 수준으로 유지되었다.

은 수세식 화장실의 메틸머캅탄 제거에 대 Fig.6

한 시험결과로 초기에, 2ppm 전후의 농도를 나타 내었다가 광촉매 공기청정기를 가동한 후90분 이 후에0.4ppm까지 제거되어 약80%의 제거효율을 나타내었다 가동 후. 30분 후부터 급격히 농도가 감소하여 60분에 0.65ppm으로 나타났다가 90분 후0.4ppm 으로 나타났으며 후각확인 결과에서도 거의 냄새는 발생되지 않았다. Habibi 등(2001)도 메르캅탄류의 광촉매 분해를 보고하였는데 대부, 분이2-3시간이내에 빠르게 분해되었음을 나타내 었으며, 2-mercaptopyridine(MP)가 가장 효율이 좋

은 것으로 보고하였다 본 연구에서도 동일한 분. 해 경향을 나타내었으며 실내 냄새물질 중에서 비 교적 제거되기 쉬운 성분임을 알 수 있었다.

은 복합 냄새물질 중 수세식 화장실에 대 Fig.7

한DMS 및DMDS의 제거특성을 나타낸 그래프 이다 그림에서와 같이. DMS는 초기농도가0.2ppm 이었으며 광촉매 공기청정기를 통과한 후 광촉매 반응 후0.2ppm에서 시간 후1 0.4ppm까지 증가하 였다 이는 황화물 중 일부가 자외선광에 의해 광. 분해되어 Sulfate로 되었다가 다시 광반응으로 를 생성하는 것으로 추정되어 암모니아 메틸

DMS ,

머캅탄과 같이 쉽게 제거되지는 않았다(Guillard et 원래 는 해양으로부터 배출되는 황 al, 2007). DMS

화물 중 대표적인 오염물질로서 해양미생물phy- 에 의해 생성된 디메틸 설포니오프로피 toplankton

오네이트의 분해에 의해 발생되는 것으로 알려져 있다 보통은 썩은 야채냄새와 같은 냄새가 나며. 정유공장 펄프제조 분뇨처리장 등에서 수, , ppb~수 백ppb 범위에 있는 것으로 알려져 있다(Seinfeld, 본 실험결과에서는 광촉매 반응 후 초기에 1983).

증가되는 경향이 있는 것으로 나타났으며 시간1 후에는 감소하는 경향을 나타내었다.

는 황화합물의 대표적인 냄새물질로 단 DMDS

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

0 30 60 90

Time (min)

Conc.(ppm)

DMS DMDS

발생되는 것으로 보이며 초기농도는0.18ppm으로 측정되었으며 광촉매 공기청정기를, 60분 가동한 후에는0.07ppm으로 감소하였으며, 90분 이후에는 농도의 변화가 없었다. Guillard 등은 광촉매에 의 한 DMDS의 장시간 분해를 보고하였으며 시간2 이후에 광촉매 분해 후 농도가 조금씩 증가되는 현상을 나타내었다 이는 황산화물이나 수분 등의. 영향으로 추측되고 있다 반응시 발생하는 수분은. 광분해의 영향으로 다량의OH^-를 발생하며 방해 자로서 역할을 하는 것으로 보고 있다 본 실험결. 과에서도 DMDS는 초기에는 급격히 감소되다가 일정시간 이후에 거의 증가하지 않아 경향을 보여 상기의 일반 냄새물질과는 다른 분해 경향을 나타 내었다.

는 황계열의 복합 냄새물질을 황화수소 메틸머캅, 탄, DMS, DMDS의 총 가지를 대상으로 하여 제5 거 성능시험을 실시하였다 본 연구에서는 다음의. 같은 결론을 얻었다.

광촉매 공기청정기의 오존발생여부 실험결 1)

과 수, ppb 이하의 미미한 수준에 그쳤으며, 실내공기질 권고기준인 60ppb를 만족하며 장시간 가동 시 인체에 영향이 없는 수준으 로 파악되었다.

성능평가를 위한 복합 냄새물질은 암모니아

2) ,

황화수소 메틸머캅탄, , DMS, DMDS의 총 5 가지를 대상으로 조사하였으며 챔버실험에, 서 각각 암모니아는 80~90%, 황화수소는

의 제거효율을 나타내었다

90% .

3) 황계열의 메틸머캅탄은 79.6%로 비교적 잘

3)

3)

초기에 약간 농도가 증가하는 경향을 나타내 었다 이는 광반응에 의한 황화합물 비이생. 성 때문으로 판단다른 이 후 지속적인 반응 후에는 서서히 농도가 감소하는 경향을 나타 내었다.

4) 본 연구에서 실험된 광촉매 공기청정기는 주

방 화장실 등에 사용가능한 것으로 보이며, , 복합 냄새물질 분해에 효과적임이 확인되었 다 실험 후 실제의 후각에 의한 분해효과를. 확인할 수 있었으며 향 후 장시간 사용에 따, 른 공기청정기의 안정성과 실용화 위한 연구 가 더욱 필요한 것으로 기대된다.

사사

이 논문은 2007학년도 동아대학교 학술연구비 공모과제 에 의하여 연구되었음 연구비 지원에

( ) .

감사드립니다.

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