KR101700269B1 - 오존 발생 및 오존 제거가 가능한 플라즈마 촉매 흡착 정화 장치 및 이를 이용한 정화 방법 - Google Patents

오존 발생 및 오존 제거가 가능한 플라즈마 촉매 흡착 정화 장치 및 이를 이용한 정화 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 오염 가스를 정화하는 플라즈마 정화 장치에 관한 것으로, 플라즈마 방전에 의해 오염 가스를 이온화시켜 오존 가스를 생성하는 적어도 하나의 오존 발생용 플라즈마 반응기를 구비하는 오존 발생용 플라즈마 반응층 및 상기 오존 발생용 플라즈마 반응층을 거친 가스 내에 잔존하는 오존을 제거하기 위해 플라즈마 방전을 일으키는 다수의 방전 전극 핀을 구비하는 오존 제거용 플라즈마 반응층을 포함할 수 있다.

Description

오존 발생 및 오존 제거가 가능한 플라즈마 촉매 흡착 정화 장치 및 이를 이용한 정화 방법{PLASMA CATALYST ADSORPTION PURIFICATION APPARATUS CAPABLE OF GENERATING OZONE AND REMOVING OZONE AND PURIFICATION METHOD USING THE SAME}
본 발명은 오염가스를 정화하는 플라즈마 정화 장치 및 이를 이용한 정화 방법에 관한 것이다.
일반적으로 하수처리시설, 축산폐수 처리시설, 식품제조시설, 제약시설, 의료시설 및 공공시설 지역에서는 다량의 유해 악취가스가 발생하며, 당해 분야에서는 다양한 방식의 악취가스 처리장치들을 시설하여 악취가스가 무단 방출되는 것을 제한하고 있다.
대한민국 공개특허 제10-2006-0001068호 및 제10-2006-0071691호에는 오염 공기를 정화하는 공기정화장치가 제시되어 있는데, 이러한 종래의 공기정화장치는 슬라이딩 아크 플라즈마(sliding arc plasma)를 이용한 것으로, 오존보다 산화력이 더 강력한 라디컬을 발생시켜 오염 물질을 산화 분해하여 정화한다.
그러나 이와 같은 종래의 공기정화장치는, 아크 방전에 의해 불가피하게 NOx가 생성된다는 문제점과, 분자/원자 결합 에너지가 큰 케톤류 등의 악취 물질들을 산화시키는데 상대적으로 큰 에너지가 소요된다는 문제점과, 광촉매에서 발생되는 제한적인 라디컬 발생량과 제한적인 광촉매 흡착능력에 의해 잔류 오존의 흡착력이 작아 탈취 효율이 저감된다는 문제점과, 주기적으로 가변하는 슬라이딩 아크 전류 및 전압을 안정적으로 공급할 수 있는 전원 공급 장치가 구조적으로 매우 복잡하다는 문제점을 가진다.
코로나 방전이나 유전체 장벽 방전에 따른 방식에 따르면 잔류 NOx 생성을 억제하여 오존을 용이하게 생성할 수 있으나, 더욱 강력한 반응종들을 발생시킬 수 있는 조업 조건을 조성하기 곤란하기 때문에, 대용량 오염가스를 효율적으로 정화 처리할 수 없다는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 각종 악취성분이 포함된 오염가스를 플라즈마 반응종들과 효과적으로 접촉 반응시킴으로써 오염가스를 효과적으로 정화할 수 있는 플라즈마 정화 장치 및 이를 이용한 정화 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 플라즈마 정화 장치는, 플라즈마 방전에 의해 오염 가스를 이온화시켜 오존 가스를 생성하는 적어도 하나의 오존 발생용 플라즈마 반응기를 구비하는 오존 발생용 플라즈마 반응층 및 상기 오존 발생용 플라즈마 반응층을 거친 가스 내에 잔존하는 오존을 제거하기 위해 플라즈마 방전을 일으키는 다수의 방전 전극 핀을 구비하는 오존 제거용 플라즈마 반응층을 포함할 수 있다.
상기 플라즈마 정화 장치는 미생물이 부착된 바이오 세라믹층을 더 포함하고, 상기 미생물은 티오바실루스(thiobacillus) 균일 수 있다.
상기 플라즈마 정화 장치는 이온성 액체로 함침된 이온성 액체 함침 필터층을 더 포함하고, 상기 이온성 액체는 MeCN(acetonitrile), DMF(dimethyl formamide), DMSO(dimethyl sulfoxide) 및 DES(deep eutectic solvents)로 이루어진 그룹 중에서 선택된 적어도 하나일 수 있다.
상기 오존 발생용 플라즈마 반응기는, 다수의 관통홀이 형성된 관 형상의 전극인 외부 전극, 상기 외부 전극의 내부에 위치되는 봉 형상의 내부 전극, 상기 내부 전극의 외주면을 둘러싸는 유전체 튜브 및 상기 외부 전극 및 상기 내부 전극에 전력을 공급하는 전원을 포함할 수 있다.
상기 외부 전극의 내주면 및 상기 유전체 튜브의 외주면 각각에는 광촉매 물질로 코팅되어 있고, 상기 광촉매 물질은 TiO2일 수 있다.
상기 오존 제거용 플라즈마 반응층은 상기 다수의 방전 전극 핀이 장착되는 프레임을 포함하고, 상기 다수의 방전 전극 핀 중 일부는, 전기적으로 직렬 접속되어 다수의 방전 간극을 형성하도록 구성되어 상기 프레임의 전방에 장착되는 제1 방전 전극 핀 세트를 이루고, 상기 다수의 방전 전극 핀 중 다른 일부는 전기적으로 직렬 접속되어 다수의 방전 간극을 형성하도록 구성되어 상기 프레임의 후방에 장착되는 제2 방전 전극 핀 세트를 이룰 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 오염 가스를 정화하는 정화 방법은, 플라즈마 방전에 의해 오염 가스를 이온화시킴으로써 생성되는 오존을 이용하여 오염 가스를 정화하는 오존 정화 작용과 플라즈마 방전 시 발산되는 자외선을 이용하여 광촉매 반응을 일으킴으로써 생성되는 히드록실 라디컬을 이용하여 오염 가스를 정화하는 히드록실 라디컬 정화 작용을 동시에 수행하여 오염 가스를 정화하는 오염 가스 정화 단계(S200) 및 글로우 방전과 같은 저온 플라즈마 방전을 이용하여 상기 단계(S200)를 거친 가스 내의 오존을 파괴함으로써 가스 내의 오존량을 사전 설정된 허용 기준치 이내로 저감시키는 오존 제거 단계(S300)를 포함할 수 있다.
상기 정화 방법은 미생물을 이용하여 오염 물질을 제거하는 단계(S400)를 더 포함하고, 상기 미생물은 티오바실루스(thiobacillus) 균일 수 있다.
상기 정화 방법은 이온성 액체를 이용하여 오염 물질을 제거하는 단계(S500)를 더 포함하고, 상기 이온성 액체는 MeCN(acetonitrile), DMF(dimethyl formamide), DMSO(dimethyl sulfoxide) 및 DES(deep eutectic solvents)로 이루어진 그룹 중에서 선택된 적어도 하나일 수 있다.
본 발명의 플라즈마 정화 장치 및 이를 이용한 정화 방법에 따르면 오염 가스를 보다 효율적으로 정화시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 오염 가스 정화 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 오존 발생용 플라즈마 반응층을 나타낸 도면으로서, 도 2(a)는 오존 발생용 플라즈마 반응기의 사시도, 도 2(b)는 오존 발생용 플라즈마 반응기의 분해 사시도 및 도 2(c)는 오존 발생용 플라즈마 반응기의 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 오존 발생용 플라즈마 반응기가 케이스 내에 다수 배열된 상태를 개략적으로 나타낸 평면도이다.
도 4는 오존 제거용 플라즈마 반응층을 나타낸 도면으로서, 도 4(a)는 정면에서 바라본 오존 제거용 플라즈마 반응층을 나타낸 사시도이고, 도 4(b)는 후면에서 바라본 오존 제거용 플라즈마 반응층을 나타낸 사시도이다.
도 5는 본 발명에 따른 오염 가스 정화 방법을 나타낸 흐름도이다.
본 발명의 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면에 나타낸 예시적인 실시 예와 후술하는 상세한 설명을 통해 더욱 명확해질 것이다. 명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 또는 "구비"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외한 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함하거나 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세하게 설명한다. 도 1은 본 발명에 따른 오염 가스 정화 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 오염 가스 정화 장치(10)는 오염 가스를 실시간으로 산화 분해하여 인체에 무해한 가스로 정화하는 장치로서, 전처리기(20), 오존 발생기(30), 혼합기(40), 오존 발생용 플라즈마 반응층(50), 흡착 필터층(60), 오존 제거용 플라즈마 반응층(70), 바이오 세라믹층(80), 이온성 액체 함침 필터층(90), 복합 흡착 필터층(100), 송풍기(110) 및 액상세정탑(120)을 포함할 수 있다.
전처리기(20)는 전기 집진기, 소수성 캔들(candle) 필터, 소수성 필터 또는 유수 분리기를 이용하여 구성될 수 있으며, 그의 내부로 유입되는 오염 가스에 포함된 분진, 수분 및/또는 유분 등과 같은 액상 또는 고상 오염 물질을 일차적으로 정화하는 역할을 수행할 수 있다.
오존 가스 발생기(30)는 DBD(Dielectric Barrier Discharge) 방식의 표면 방전(surface discharge)을 이용한 저농도 오존 발생기 또는 수냉식 고농도 오존 발생기로 구성될 수 있고, 정화 처리될 오염 공기의 처리량에 따라 공기를 원료로 오존을 필요한 양만큼 생성하여 공급할 수 있다.
혼합기(40)는 오염 가스와 오존을 혼합하여 접촉시키는 가스-가스 혼합 장치로서, 내부식성 고분자 물질이나 금속으로 이루어진 원통 또는 사각 박스로 구성될 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 오존 발생용 플라즈마 반응기를 나타낸 도면으로서, 도 2(a)는 오존 발생용 플라즈마 반응기의 사시도, 도 2(b)는 오존 발생용 플라즈마 반응기의 분해 사시도 및 도 2(c)는 오존 발생용 플라즈마 반응기의 단면도이다.
도 2를 참조하면, 오존 발생용 플라즈마 반응기(59)는 봉 형상의 내부 전극(51), 내부 전극(51)을 둘러싸는 유전체 튜브(tube)(52), 다수의 관통홀(through holes)(55)이 형성된 외부 전극(53) 및 내부 전극(51)과 외부 전극(53)에 전력을 공급하는 전원(56)을 포함할 수 있다.
내부 전극(51)은 유전체 튜브(52) 내에 삽입되는 봉 형상의 전극으로서 스테인레스 스틸이나 구리 등과 같은 전도성 재질의 금속으로 이루어질 수 있다.
유전체 튜브(52)는 세라믹(특히, 용융 알루미나), 유리 및/또는 석영 등의 절연 재질로 이루어진 구성요소로서, 봉 형상의 내부 전극(51)이 내부에 삽입되어 밀봉되도록 관 형상의 튜브로 구성될 수 있다. 따라서, 내부 전극(51)의 외부 직경과 유전체 튜브(52)의 내부 직경은 서로 동일한 치수를 가지는 것이 바람직하다. 또한, 유전체 튜브(52)의 외주면에는 TiO2로 코팅된 광촉매층이 형성될 수 있다.
외부 전극(53)은 다수의 관통홀(55)이 형성된 관 형상의 전극으로서 스테인레스 스틸이나 구리 등과 같은 전도성 재질의 금속 플레이트를 이용하여 제조될 수 있다. 외부 전극(53)은 유전체 튜브(52)의 외측에 위치한다. 이때, 외부 전극(53)의 외부 직경은 유전체 튜브(52)의 외부 직경보다 크기 때문에 유전체 튜브(52)와 외부 전극(53) 사이에는 플라즈마 생성 공간(54)이 형성되고, 그 공간(54) 내에서 플라즈마 방전이 일어난다. 또한, 외부 전극(53)의 내주면에는 TiO2로 코팅된 광촉매층이 형성될 수도 있다.
이와 같이 구성된 오존 발생용 플라즈마 반응기(59)를 이용하여 오염 가스를 정화하는 과정을 살펴보면, 오염 가스는 다수의 관통홀(55)을 통해 플라즈마 생성 공간(54) 내로 유입되거나 그로부터 유출될 수 있고, 이에 따라 플라즈마 생성 공간(54) 내의 플라즈마에 의해 생성되는 오존 가스에 의한 '오존 정화 작용' 및 자외선/광촉매에 의해 생성되는 히드록실 라디컬에 의한 '히드록실 라디컬 정화 작용'에 의해 보다 효율적으로 오염 가스의 정화 처리가 수행될 수 있다.
구체적으로, '오존 정화 작용'이란 플라즈마 생성 공간(54) 내의 플라즈마 방전에 의해 발생되는 고에너지의 전자들이 오염 가스를 이온화시켜 오존(O3) 가스를 포함한 다양한 플라즈마 반응종들(plasma reactive species)(예컨대, O, N, OH, HO2, H2O2 등)을 생성하고, 이에 따라 강력한 산화력을 가진 오존(O3)을 포함한 반응종들이 오염 가스 내의 오염 물질을 순간적으로 산화시켜 인체에 무해한 물질로 전환시키는 작용을 말한다.
또한, '히드록실 정화 작용'이란 플라즈마 방전시 발산되는 특정 대역의 자외선(예컨대, 300~400nm 파장 대역의 UVA 광)이 유전체 튜브(52)의 외주면 및 외부 전극(53)의 내주면에 각각 코팅 형성된 광촉매층에 조사되어 광촉매 반응을 일으켜 히드록실 라디컬을 발생시킴으로써 오염 가스에 포함된 포름알데히드(formaldehyde) 또는 VOCs(Volatile Organic Compounds: 휘발성 유기 화합물) 등과 같은 유해 물질을 인체에 무해한 H2O와 CO2 등으로 분해하는 작용을 말한다.
본 발명의 오존 발생용 플라즈마 반응기(59)를 이용하면, 앞서 자세히 설명한 '오존 정화 작용' 및 '히드록실 정화 작용'이 플라즈마 생성 공간(54) 내에서 동시에 수행될 수 있기 때문에 오염 가스를 보다 효율적으로 정화 처리할 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 오존 발생용 플라즈마 반응기가 케이스 내에 다수 탑재된 상태를 개략적으로 나타낸 평면도이다. 도 3을 참조하면, 오존 발생용 플라즈마 반응층(50)은 케이스(57) 내에 탑재된 다수의 오존 발생용 플라즈마 반응기(59)를 구비할 수 있다. 서로 이웃한 2개의 오존 발생용 플라즈마 반응기(59) 사이에는 오염 가스가 오존 발생용 플라즈마 반응기(59)를 경유하지 않고 우회(bypass)하여 유동하는 것을 방지하기 위한 우회 방지 파티션(bypass preventing partition)(58)이 선택적으로 구비될 수도 있다. 이와 같은 우회 방지 파티션(58)에 의해 오염 가스가 오존 발생용 플라즈마 반응기(59)에 의해 정화 처리되지 않고 우회하는 것이 사전에 방지될 수 있기 때문에, 오염 가스의 정화 처리가 보다 효율적으로 이루어질 수 있다.
흡착 필터층(60)은 오염 물질 및 오존을 흡착하여 이들 간 접촉 시간을 연장시킴으로써 오염 가스의 정화 효율을 증대시키는 역할을 수행하는 필터층이다. 이때, 흡착 필터층(60)는 미사용된 잔류 오존 가스 및 오염 물질 중 분자량이 큰 VOCs도 함께 흡착할 수 있도록 제올라이트 계열의 다공성 메조포러즈(mesoporous) 물질로 이루어질 수 있다.
도 4는 오존 제거용 플라즈마 반응층을 나타낸 도면으로서, 도 4(a)는 정면에서 바라본 오존 제거용 플라즈마 반응층을 나타낸 사시도이고, 도 4(b)는 후면에서 바라본 오존 제거용 플라즈마 반응층을 나타낸 사시도이다.
도 4를 참조하면, 오존 제거용 플라즈마 반응층(70)은 글로우(glow) 방전 같은 저온 플라즈마 방전이 일어나는 공간을 형성하는 프레임(71) 및 프레임(71)에 장착되는 다수의 방전 전극 핀(pin)(P1-1,P1-2,‥‥,P1-9,P2-1,P2-2,‥‥,P2-9)을 구비할 수 있다.
프레임(71)은 절연 재질로 이루어진 4각 형상의 프레임으로서, 내부에 2개 이상의 가스 통로(72, 73)를 구획하도록 1개 이상의 구획 격벽(74)이 내부에 구비될 수 있다.
도 4(a)에 나타낸 바와 같이, 가스가 유입되는 프레임(71)의 유입 측면에 9개의 방전 전극 핀이 전기적으로 직렬 접속되어 6개의 방전 간극(gap)(G1-1,G1-2,‥‥,G1-6)을 형성하도록 구성된 제1 방전 전극 핀 세트(pin set)(P1-1,P1-2,‥‥,P1-9)가 프레임(71)의 전방에 장착될 수 있다. 이에 따라, 전원(S)이 전기적으로 직렬 접속하는 9개의 방전 전극 핀으로 구성된 제1 방전 전극 핀 세트(P1-1,P1-2,‥‥,P1-9)에 전력을 공급하면, 각각의 방전 간극(G1-1,G1-2,‥‥,G1-6)에는 글로우 방전 같은 저온 플라즈마 방전에 의해 가스 내의 오존을 파괴하고, 이에 따라 유입되는 가스 내의 오존량을 일차적으로 저감시킬 수 있다.
또한, 가스 내의 잔존하는 오존을 남김없이 대부분 제거하기 위해, 도 4(b)에 나타낸 바와 같이, 가스가 유출되는 프레임(71)의 유출 측면에 9개의 방전 전극 핀이 전기적으로 직렬 접속되어 6개의 방전 간극(gap)(G2-1,G2-2,‥‥,G2-6)을 형성하도록 구성된 제2 방전 전극 핀 세트(pin set)(P2-1,P2-2,‥‥,P2-9)가 프레임(71)의 후방에 장착될 수 있다. 이에 따라, 전원(S)이 전기적으로 직렬 접속하는 9개의 방전 전극 핀으로 구성된 제2 방전 전극 핀 세트(P2-1,P2-2,‥‥,P2-9)에 전력을 공급하면, 각각의 방전 간극(G2-1,G2-2,‥‥,G2-6)에는 글로우 방전 같은 저온 플라즈마 방전에 의해 유출되는 가스 내의 오존을 대부분 파괴함으로써 가스 내의 오존량을 이차적으로 저감시킬 수 있다.
프레임의 전방과 후방에 각각 장착되는 제1 및 제2 방전 전극 핀 세트(pin set)를 구비하는 본 발명의 오존 제거용 플라즈마 반응층(70)을 이용하면, 다수의 방전 전극 핀(P1-1,P1-2,‥‥,P1-9,P2-1,P2-2,‥‥,P2-9)이 전기적으로 직렬 접속되어 프레임(71)의 유입 측면 및 유출 측면 각각의 동일 평면 상에 위치되도록 구비되므로, 균일한 글로우 방전을 유도할 수 있을 뿐 아니라 가스와 플라즈마 반응종 간의 접촉 면적을 크게 설정할 수 있다. 그 결과, 가스 내에 잔존하는 대량의 오존을 효율적으로 대부분 파괴하여 오존량을 사전 결정된 허용 기준치 이내로 용이하게 저감시킬 수 있고, 아울러 에너지 효율 및 악취 제거율을 현저하게 향상시킬 수 있다. 결국, 최종적으로 정화 처리되어 배출되는 정화 가스 내의 오존 함량이 환경 기준에 따른 허용 농도 기준치 이내에서 유지되도록 용이하게 조절할 수 있다.
바이오 세라믹층(80)은 제올라이트 및/또는 유리 재질로 이루어진 다공성 물질에 미생물, 예컨대 티오바실루스(thiobacillus) 균을 부착시킴으로써 구성될 수 있다. 티오바실루스 균을 이용하여 황화수소와 같은 오염 물질을 제거하기 위해 선택적으로 구비될 수 있다.
이온성 액체 함침 필터층(90)은 제올라이트(zeolite) 흡착층을 이온성 액체에 함침시킴으로써 제조된다. 이때, MeCN(acetonitrile), DMF(dimethyl formamide), DMSO(dimethyl sulfoxide) 또는 DES(deep eutectic solvents)가 이온성 액체로서 이용될 수 있다. 이온성 액체 함침 필터층(90)은 전기화학적 분해의 의해 O2 -(superoxide) 라디컬을 생성하고, 이와 동시에 생성된 O2 - 라디컬을 이온성 액체 내에 용해시켜 O2 - 라디컬의 수명을 연장시키기 위해 선택적으로 구비될 수 있고, 이에 따라 오염 가스의 정화 처리 효율을 대폭적으로 향상시킬 수 있다.
복합 흡착 필터층(100)은 이산화망간(MnO2)을 가진 활성탄을 이용하여 제조될 수 있으며, 그 외에도 제올라이트 또는 고농도 실리카를 함유하는 알루미늄 실리케이트 흡착제를 이용하여 제조될 수 있다. 이러한 복합 흡착 필터층(100)은 미처리 오존 가스와 오염 물질을 제거하기 위해 선택적으로 채용될 수도 있다.
송풍기(110)는 미처리 오존 가스와 오염 물질을 포함한 오염 가스를 액상 세정탑(120)으로 이송시킨다.
액상 세정탑(120)은 오염 가스내에 잔류하는 미처리 오존 가스와 미세 고상 및 액상 오염 물질을 제거한 최종적으로 정화 처리된 가스를 외기로 배출시키기 위해 선택적으로 채용될 수도 있다.
이제, 도 5에 도시된 오염 가스 정화 방법을 참조하여 본 발명에 따른 오염 가스 정화 장치를 이용하여 오염 가스를 정화하는 방법의 바람직한 실시 예를 설명한다.
도 5를 참조하면, 오염 가스 정화 방법은, 오염 가스 전처리 단계(S100), 플라즈마 방전에 의해 생성된 오존을 이용하여 오염 가스를 정화하는 단계(S200), 플라즈마 방전을 이용하여 오존을 제거하는 단계(S300), 미생물을 이용하여 오염 물질을 제거하는 단계(S400), 이온성 액체를 이용하여 오염 물질을 제거하는 단계(S500) 및 잔존 오염 물질을 제거하는 단계(S600)를 포함한다.
오염 가스 전처리 단계(S100)는 오염 가스 내의 일부 오염 물질을 일차적으로 제거하는 단계로서, 전처리기(20)를 이용하여 오염 가스 내의 분진, 수분, 유분 등과 같은 액상 또는 고상의 오염 물질의 일부를 제거하는 단계 및 혼합기(40) 내에서 오염 가스 및 오존 가스를 서로 혼합하여 접촉시켜 오염 물질을 제거하는 단계를 포함한다.
플라즈마 방전에 의해 생성된 오존을 이용하여 오염 가스를 정화하는 단계(S200)는 상술한 본 발명에 따른 오존 발생용 플라즈마 반응기(59)를 이용하여 오염 가스를 정화하는 단계를 말한다. 구체적으로, 오염 가스를 오존 발생용 플라즈마 반응기(59)의 외부 전극(53)에 형성된 다수의 관통홀(55)을 통해 오염 가스를 플라즈마 생성 공간(54) 내로 유입시킨 후, 플라즈마 생성 공간(54) 내에서 플라즈마 방전에 의해 생성된 고에너지 전자들이 오염 가스를 이온화시켜 오존을 포함한 다양한 플라즈마 반응종들을 생성하여 오염 가스 내의 오염 물질을 산화시킴으로써 오염 가스의 정화하는 '오존 정화 작용'을 수행하고, 이와 동시에 플라즈마 방전시 발산되는 특정 대역의 자외선이 유전체 튜브(52)의 외주면 및 외부 전극(53)의 내주면에 각각 코팅 형성된 광촉매층에 조사되어 광촉매 반응을 일으켜 히드록실 라디컬을 발생시킴으로써 오염 가스에 포함된 포름알데히드나 VOCs와 같은 유해 물질을 인체에 무해한 H2O와 CO2 등으로 분해하는 '히드록실 라디컬 정화 작용'을 수행한다. 단계(S200)에서는, 플라즈마 방전을 이용한 '오존 정화 작용' 및 '히드록실 라디컬 정화 작용'을 동시에 수행하여 오염 가스를 정화하기 때문에, 오염 가스의 정화 처리가 보다 효율적으로 실행될 수 있다.
글로우 방전과 같은 저온 플라즈마 방전을 이용하여 오존을 제거하는 단계(S300)는 가스 내의 잔존 오존량을 허용 기준치 이내로 저감시키기 위해 앞서 설명한 플라즈마 반응층(70)을 이용하여 가스 내의 오존을 파괴하는 단계이다. 구체적으로, 단계(S300)에서는 오존 제거용 플라즈마 반응층(70)으로 유입된 직후의 가스 내의 오존을 일차적으로 파괴하는 단계와 오존 제거용 플라즈마 반응층(70)으로부터 유출되기 직전의 가스 내의 오존을 이차적으로 파괴하는 단계가 수행될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 오존 제거용 플라즈마 반응층(70)을 이용하면, 가스 내에 잔존하는 대량의 오존을 효과적으로 대부분 파괴하여 오존량을 사전 결정된 허용 기준치 이내로 용이하게 저감시킬 수 있다.
미생물을 이용하여 오염 물질을 제거하는 단계(S400)는 앞서 자세히 설명한 바이오 세라믹층(80)을 이용하여 오염 물질을 제거하는 단계로서, 구체적으로 제올라이트로 이루어진 다공성 물질에 티오바실루스(thiobacillus) 균을 부착하고, 그 균을 이용하여 오염 물질을 제거하는 작용을 수행한다.
이온성 액체를 이용하여 오염 물질을 제거하는 단계(S500)는 이온성 액체, 예컨대 MeCN(acetonitrile), DMF(dimethyl formamide), DMSO(dimethyl sulfoxide) 및/또는 DES(deep eutectic solvents)를 이용하여 전기화학적 분해의 의해 O2 -(superoxide) 라디컬을 생성시키고, 생성된 O2 - 라디컬 및 잔류 오존 가스를 이온성 액체 내에 용해시켜 그 수명을 연장시킬 수 있다. 따라서 오염 가스의 정화 처리 효율이 크게 향상될 수 있다.
잔존 오염 물질을 제거하는 단계(S600)는 앞서 설명한 복합 흡착 필터층(100) 및 액상 세정탑(120)을 이용하여 미처리된 잔존 오염 물질을 최종적으로 제거하는 단계를 말한다. 최종적으로 정화 처리된 가스는 송풍기(110)의 송풍에 의해 외기로 배출된다.
이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명이 그에 한정되는 것은 아니고 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 범위 내에서 수정되거나 변경될 수 있다. 그러므로 본 발명의 범위는 상술한 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되고 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 그에 균등한 것들에 의해 정해져야 할 것이다.
삭제
10: 오염 가스 정화 장치
20: 전처리기
30: 오존 발생기
40: 혼합기
50: 오존 발생용 플라즈마 반응층
60: 흡착 필터층
70: 오존 제거용 플라즈마 반응층
80: 바이오 세라믹층
90: 이온성 액체 함침 필터층
100: 복합 흡착 필터층
110: 송풍기
120: 액상세정탑

Claims (9)

  1. 오염 가스를 정화하는 플라즈마 정화 장치에 있어서,
    플라즈마 방전에 의해 오염 가스를 이온화시켜 오존 가스를 생성하는 오존 발생용 플라즈마 반응층; 및 상기 오존 발생용 플라즈마 반응층을 거친 가스 내에 잔존하는 오존을 제거하기 위해 글로우 방전과 같은 저온 플라즈마 방전을 일으키는 오존 제거용 플라즈마 반응층;을 포함하되,
    상기 오존 발생용 플라즈마 반응층은, 케이스; 상기 케이스 내에 탑재된 다수의 오존 발생용 플라즈마 반응기; 및 상기 다수의 오존 발생용 플라즈마 반응기 중 서로 이웃한 2개의 오존 발생용 플라즈마 반응기 사이에 설치되는 우회 방지 파티션;을 포함하고,
    상기 오존 제거용 플라즈마 반응층은, 적어도 2개의 가스 통로가 구획되도록 적어도 하나의 구획 격벽이 설치된 프레임; 상기 프레임의 전방에 장착되며 전기적으로 직렬 접속되어 다수의 방전 간극을 형성하도록 구성된 제1 방전 전극 핀 세트; 및 상기 프레임의 후방에 장착되며 전기적으로 직렬 접속되어 다수의 방전 간극을 형성하도록 구성된 제2 방전 전극 핀 세트;를 포함하는
    플라즈마 정화 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 플라즈마 정화 장치는 미생물이 부착된 바이오 세라믹층을 더 포함하되, 상기 미생물은 티오바실루스(thiobacillus) 균인
    플라즈마 정화 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 플라즈마 정화 장치는 이온성 액체로 함침된 이온성 액체 함침 필터층을 더 포함하되, 상기 이온성 액체는 MeCN(acetonitrile), DMF(dimethyl formamide), DMSO(dimethyl sulfoxide) 및 DES(deep eutectic solvents)로 이루어진 그룹 중에서 선택된 적어도 하나인
    플라즈마 정화 장치.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 오존 발생용 플라즈마 반응기는, 다수의 관통홀이 형성된 관 형상의 전극인 외부 전극; 상기 외부 전극의 내부에 위치되는 봉 형상의 내부 전극; 상기 내부 전극의 외주면을 둘러싸는 유전체 튜브; 및 상기 외부 전극과 상기 내부 전극에 전력을 공급하는 전원;을 포함하는
    플라즈마 정화 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 외부 전극의 내주면 및 상기 유전체 튜브의 외주면 각각에는 광촉매 물질로 코팅되어 있고, 상기 광촉매 물질은 TiO2인
    플라즈마 정화 장치.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
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