石川 榮 盛和工業(주) 1. 첫머리에 분자량이 공기의 분자량과 동등 내지는 그 이상이며, 상온에 존재하며, 어느 정도의 증기압을 가진 물질은 대기성분이나 일산화탄소를 제외하고 냄새를 갖는다고 한다. 한 마디로 냄새를 제거한다고 해도, 그 대상이 되는 공기는 담배·주방 등의 생활냄새, 쓰레기, 하수, 화장실(배설물), 축산농업 등의 자연발생적인 것에서 화학공장 등에서 배출되는 유기성 가스로 그 범위는 넓다. 공장 등에서 배출되는 가스는 악취방지법 및 PRTR법 등으로 배출규제가 마련되어, 각 공장마다 대책이 검토되고 있는 케이스가 많다. 단 이러한 경우, 악취라고 하는 원인물질이 어느 정도 명확한 경우가 많고, 그 원인물질을 제거하는 것으로 대책도 세우기 쉽다. 이에 대해, 자연발생적인 것의 경우는 원인물질이 다종다양하므로 단순히 제거하기는 어렵다. 현재 이루어지고 있는 탈취법에는 소성법, 흡착법, 세정법, 생물처리법, 오존산화법, 촉매산화법 등 다양하며, 대상이 되는 물질의 조성이나 농도에 따라 여러 가지 방법이 채용되고 있다. 처리법은 제거대상이 되는 물질의 종류, 농도, 온도, 습도, 풍량에 따라 적절한 방법이 다르고, 또한 유틸리티의 유무, 설치장소, 설치면적, 규체치, 가격, 폐열증기온수 이용의 여부, 회수 재이용의 여부, 기타 제조건에 의해 가장 적합한 처리방법이 다르므로 선정할 때에는 충분한 검토가 필요하다. 盛和工業社에서는 산화티탄 광촉매 기술을 응용, 탈취·유해가스제거·제균과 같은 공기정화를 목적으로 한 환경정화장치를 개발하고 있다. 이번 보고에서는 당사가 광촉매 시장 속에서 어떻게 제품개발을 해 왔는가에 대해 기술하겠다. 주지하는 바와 같이 광촉매의 가스상 물질분해효과와 미생물 등의 균 분해기구에 대해서는 많은 연구기관에 의해 입증되었다. 그러나 당사가 하고 있는 것과 같은 공업·업무용 분야의 공기청정관련 제품에 대한 실용화의 경우에는 실용화되어 있는 상품은 아직 적은 듯이 생각된다. 작금에 “광촉매 제품의 성능에 대해서는 의문이…”하는 목소리가 많이 들리는데, 필자 등이 진행 중인 업무용 탈취를 목적으로 한 제품에서는 그 제품의 성능이 의문시되는데도 채용되는 케이스는 아직 없다. 즉, 정말로 효과적인 제품이 아니면 팔 수 없기 때문이다. 이 말은 당연하다고 하면 당연한 말이지만 여러 가지 광촉매 상품이 혼재해 있는 현재의 광촉매 업계에서는 제품의 성능을 실제 현장에서 실증해 나가는 일이 필요불가결한 일이라고 생각한다. 2. 광촉매 환경정화장치의 개발과 적용 가. 지금까지의 기술 이 기술의 중심기술은 광촉매를 이용한 탈취에 관해 여러 상품이 개발되어, 가정용 공기청정기 분야에서는 이미 일반적이 되었다. 그러나 가정용 공기청정기에 관해서는 어느 일정 수준 이상의 냄새가 되면 도저히 대응하지 못하는 문제가 있었다. 사실 일반적으로 유통되고 있는 공기정화용 광촉매 필터를 당사가 개발한 공기정화장치에 탑재하고 여러 분야에서 데먼스트레이션 등의 실지실험을 했는데, 이들 광촉매 필터는 여러 가지 요인에서 시간경과와 함께 성능이 저하되고, 열화 후에는 폐기해야만 한다는 결점이 있었다. 그러나 산화티탄 광촉매가 가진 만능에 가까운 산화분해력은 상당히 매력적인 점으로, 광촉매 필터 및 반응장치 자체를 각각의 용도에 맞춘 구조로 구성함으로써 충분히 업무용 분야에서 광촉매의 활로를 찾을 수 있으리라 생각하고 개발해 왔다. 나. 광촉매 환경정화장치의 구성 광촉매 환경정화장치의 기본 구성도는 그림 1과 같다. 장치구성은 큰 먼지 등의 포집을 목적으로 한 필터부, 가스분해를 목적으로 한 광촉매 유닛부, 흡인용 팬, 중성능 필터 또는 HEPA(고성능 에어필터) 등의 집진필터부로 구성된다. 다. 산화티탄 담지 세라믹 필터 공기정화용 필터의 기재로서는 광촉매 반응을 효율적으로 일으키는 형상의 것을 검토했다. 그 결과 그림 2에 보이는 3차원 그물 구조의 세라믹 폼을 필터 기재로 선정했다. 그 특색을 다음에 제시하였다. ① 기재 표면의 골격표면적이 크기 때문에 대량으로 산화티탄을 담지할 수 있다. ② H2S, SOｘ, NH3 NOｘ등의 무기화합물을 제거했을 때, 촉매피독(觸媒被毒)이 될 수 있는 황산염, 초산염 등도 세정으로 씻어냄으로써 기능회복이 가능하다. 또 표면에 부착 혹은 흡착되어 버린 고농도의 유기물질도 멘터넌스 시의 가열처리로 제거할 수 있다. ③ 광원과의 거리를 가깝게 할 수 있다(종이제품일 경우 발열의 위험성 있음). ④ 공공률(空孔率)이 80~90％로 상당히 높아 통기저항이 아주 적다. ⑤ 골격이 아트랜덤에 존재하기 때문에 유체와의 접촉효율이 좋다. 3. 유해물질 제거효과 유해물질 제거에 관하여 대표적인 예로서 아세트알데히드(6.5ppm), 암모니아(20ppm)의 제거효과를 그림 3에 나타내었다. 실험조건은 이하와 같다. 장 소 : 盛和工業 내의 30m3 실험실(스테인리스 장착) 실험기 : 광촉매 환경정화장치 SSC-50E 처리풍량 : 4m3/min 측 정 : 1312형 멀티가스모니터(INOVA사 제품) 부유균의 제거성능에 대해서는 상기 실험과 같은 조건에서 실내를 부유하고 있는 공중 부유균을 회전원심식 에어썬플러(Biotest사 제품)를 이용하여 일반 잡균배지에 채취하여 실시했다. 그 배양지를 인큐베이터에서 48시간 배양한 후, 잔존 콜로니 수를 계수하여 잔존률을 구했다. 이 그림에서 자외선램프를 조사하지 않은 상태에서도 필터의 특수한 형상으로 30~40% 정도의 잡균을 포집할 수 있다는 것을 알았다. 단, 그 결과는 어디까지나 부유균을 필터에 머물게 하는 것뿐으로 송풍운전을 하고 있는 한 다시 장치로부터 실내로 방출될 가능성이 있다. 그에 대해, 광조사 하에서의 보통 운전의 경우, 운전개시 15분 후에는 부유균의 잔존률이 17%까지 감소했다. 이로써 비(非)조사 하에서의 78%라는 균 잔존률과의 차이인 61%에 상당하는 부유균은, 비조사 하에서는 장치에서 재방출되지만, 광조사 하에서는 포집된 부유균이 재방출되지 않는 것을 볼 때, 필터 표면에서 분해반응이 진행되고 있다는 것을 예상할 수 있다. 광촉매 필터의 납입 사례를 그림 4에 제시하였다. 4. 대형 광촉매 탈취 플랜트의 설계 . 시작 실내환경의 공기정화에 관해서는 지금까지 축적해 온 노하우를 바탕으로, 앞으로도 차세대 공기정화장치로서 더 넓은 시장개척, 도입을 진행해 나갈 것이지만, 앞으로의 전개 가운데 하나로서 하수처리장이나 쓰레기 처리장, 병원시설, 도장공장과 같은 장소에서의 대풍량 처리형 탈취장치의 개발과 같은 것들이 급선무이다. 당사에서는 2001년 4월~2003년 3월까지 2년 동안에 과학기술진흥사업단 및 東京대학 첨단과학기술연구센터 橋本연구실과의 공동개발로 100m3/min처리형 광촉매 탈취 플랜트의 설계·시작·성능평가를 실시하였다(그림 5). 대표적인 냄새의 원패스 탈취효율은 아세트알데히드(입구농도 10ppm)의 경우 92%, 암모니아(입구농도 15ppm)의 경우 99% 이상이라는 평가를 받았다. 또 본 장치는 광촉매 유닛부 안에 세정장치를 내장하고 있으므로 적시에 수세처리가 가능한 구조로 되어 있다. 5. 맺으며 현재 환경에 대한 의식이 고조되고 있는데 특히 냄새에 대해서는 생활에 밀접한 문제여서 항상 효과 높은 탈취장치가 요구되고 있다. 그 중에서 산화티탄 광촉매는 이니셜 코스트 및 러닝 코스트의 면에서 우위성이 높아 당사에 대한 문의도 상당히 늘어나는 추세이다. 그러나 그 반면 만능적인 성능이 요구된다는 점에서 항상 필터부나 기계장치부의 성능·품질의 향상이 필요하다. 또 당사에서는 東京대학 첨단과학기술센터, 神奈川과학기술아카데미, 神奈川농업종합연구소와의 공동연구로 태양광과 광촉매를 이용한 수경재배에서 배양 폐액의 정화살균처리 순환 시스템의 개발 등에도 참여하고 있어, 공기뿐 아니라 물 처리 분야에서의 광촉매의 이용을 지향하고 있다. (Ceramics Japan)