Test-bed 콘크리트 구조물에 적용된 동적 가압 침투식 TiO[eqn: {}_{2}] 고정화 기술의 NOx 제거효율 평가

NOx Removal Efficiency of Dynamic Pressurized Penetration TiO2 Fixation Method Applied to Concrete structure in Test-Bed

김00 Kim, 000 000 안00 Ahn, 000 000 이00 Lee, 000 000 김00 Kim, 000 000		000대학교 토목공학과 석사과정 (E-mail : fred0000@naver.com) 000대학교 토목공학과 박사과정 (E-mail : ahr8000@naver.com) 000대학교 토목공학과 교수·공학박사 (E-mail : 000@gwnu.ac.kr) 000대학교 방재연구소 연구교수·공학박사 (E-mail : 00000@nate.com)

한국도로학회 학술대회

산업화로 인한 과학기술의 발전으로 미세먼지 배출량이 증가하여 대기오염이 악화되고 있다. 그중에서도 도로이동오염원 중 58 %의 비중을 차지하고 있는 질소산화물(NOx)는 환경 및 사람의 인체에 해로운 영향을 끼친다. 따라서 본 연구는 질소산화물(NOx)을 제거하기 위해 미세먼지 저감소재인 TiO2를 사용하여 실제 도로변에서의 NOx 제거효율을 평가하기 위한 Test bed를 구축하였다. 또한 수직 콘크리트 구조물 적용이 용이한 동적 가압 침투식 TiO2 고정화 기술을 사용하여 수직 콘크리트 구조물에 적용하였다. 본 연구의 목적은 실제 도로변 조건을 구사한 Test bed에서의 동적 가압 침투식 TiO2 고정화 기술의 NOx 제거효율을 평가하는 것이다. 실제 도로변에서의 동적 가압 침투식 TiO2 고정화 기술을 사용하여 NOx 제거효율 평가를 위해 Test bed를 구축하였다. 수직 콘크리트 구조물 설치를 통해 동적 가압 침투식 TiO2 고정화 기술을 적용하였다. 배기가스 발생 장치를 사용하여 Test bed 내부에 질소산화물을 주입하였다. 차광막 설치를 통하여 도로변 최대 농도인 1000ppb 이전 TiO2의 광촉매 반응을 억제 하였다. ISO 22197-1 규정을 기반으로 한 NOx 제거효율 장치를 이용하여 제거효율을 평가하였다. 또한, 조도계를 사용하여 측정한 조도를 통해 조도와 NOx 제거효율에 대하여 분석하였다. 동적 가압 침투식 TiO2, 고정화 기술을 적용한 Test bed에서의 NOx 제거효율 평가 결과 조도에 따라서 평균 18 % ~ 40 %의 제거효율을 확보하였고, 일산화질소(NO) 제거효율 평가 결과 평균 20 % ~ 62 %의 제거효율을 확보하였다. 이를 통해 조도가 높을 때의 NOx 제거효율이 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 실험결과 실제 도로변에서의 TiO2 콘크리트의 조도에 따른 질소산화물(NOx) 제거효율 및 단위 체적당 질소산화물(NOx)의 제거효율을 확보하였다. 동적 가압 침투식 TiO2 고정화 기술을 통하여 도로변 수직 콘크리트 구조물 적용에 대해 현장 적용 가능성을 확인하였다.

핵심용어 : 미세먼지, 질소산화물, NOx 제거효율, TiO2, 가압 침투식 TiO2,

1. 연구목적 및 내용

급격한 과학기술 발전으로 인한 미세먼지 배출량 증가는 대기오염의 주된 요인이며 이는 심각한 사회문제로 제기되고 있다. 이에 2016년 11월 정부에서는 국가전략 9대 프로젝트 중 ‘미세먼지 대응 기술개발’을 Fig. 1와 같이 선정하였다. 미세먼지 대응기술의 범위에는 미세먼지, 초미세먼지인 ‘입자상 물질’과 NOx, CO, SOx, VOCs 및 O3 인 ‘기체상 물질’을 포함시켜 1차 배출의 관리 용이성(PM10)에서 2차 생성 위해성(PM2.5)으로 중점을 전환하였다. 또한 2020년 4월 환경부는 미세먼지 및 미세먼지 생성물질의 배출을 저감하고 그 발생을 지속적으로 관리함으로써 미세먼지가 국민건강에 미치는 위해를 예방하고 대기환경을 적정하게 관리 및 보전하여 쾌적한 생활환경 조성을 목적으로 하는 ‘미세먼지 저감 및 관리에 관한 특별법’을 시행하였다 (ME, Ministry of Environment, 2020).

Fig 1. Scope of Particulate Matter Response Technology (National Institute of Environmental Research, 2016)

2. 결론

본 연구에서는 실제 도로변에서의 TiO2 고정화 기술을 통한 질소산화물(NOx) 제거효율 실험을 평가하기 위해 진행되었다. 실제 도로변 대기 조건과 유사하게 조성하기 위해 Test bed 구축하여 실험을 진행하였으며, 수직 콘크리트 구조물에 동적 가압 침투식 TiO2 고정화 기술을 적용한 후 도로변 최대 질소산화물(NOx) 농도와 유사한 1000ppb를 맞추어 질소산화물(NOx) 제거효율을 평가하였다. 그 후 일사량 측정기를 통해 측정한 조도에 따라 질소산화물(NOx)의 제거효율을 분석하였다. 이를 통해, TiO2 동적 가압 고정화 기술 [eqn: 1m ^{3}]의 단위체적에 대한 질소산화물(NOx) 제거효율을 측정하였다.

감사의 글

본 연구는 국토교통부/국토교통과학기술진흥원의 지원(과제번호 RS-2019-KA152342)에 의하여 수행되었으며, 이에 감사드립니다.

참고문헌

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ISO 22197-1, (2007). “Test method for air-purification performance of semiconducting photocatalytic materials-Part 1: Removal of nitric oxide, International Standard” (in English).

K. Takeuchi, S. Murasawa and T. Ibusuki (2000). “The World of Photocatalyric”, daeyoungsa.

Ministry of Environment (ME) (2016). You can see it right away, what is fine dust? (in Korean)

S. Karapati, T. Giannakopoulou, N. Todorova, N. Boukos, S. Antiohos, D. Papageorgiou, E. Chaniotakis, D. Dimotikali, C. Trapalis, (2014) “TiO2 functionalization for efficient NOx removal in photoactive cement” Applied Surface Science, Vol 319, pp29-36