표제지
목차
논문개요 11
제1장 서론 13
1.1. 연구의 필요성 13
1.1.1. 유도가열 기술 적용 13
1.1.2. 유도가열 촉매연구 14
1.1.3. VOCs 제거 14
1.2. 연구 목적 및 내용 17
제2장 이론적 고찰 19
2.1. 휘발성 유기화합물(Volatile Organic Compounds, VOCs) 19
2.1.1. VOCs 종류 및 특성 19
2.1.2. VOCs에 의한 피해 20
2.2. VOCs 발생 현황 29
2.3. VOCs 처리기술 34
2.3.1. 연소법 34
2.3.2. 흡수법 34
2.3.3. 흡착법 34
2.3.4. 생물학적 처리 39
2.3.5. 촉매 산화법 39
2.3.6. 분리막 회수 기술 43
2.3.7. 광분해 43
2.3.8. 응축법 43
2.4. 유도가열 기술 48
2.4.1. 유도가열 원리 48
2.4.2. 유도가열 특징 및 구성 57
2.4.3. 유도가열 기술 연구 동향 60
2.5. 유도가열형 VOCs 산화 촉매 68
2.5.1. 유도가열에 적용 가능한 발열체 68
2.5.2. VOCs 산화 촉매 69
2.5.3. 촉매 산화 성능 저하 특성 69
2.5.4. 촉매 재생특성 70
2.6. 산화 반응 메커니즘 71
제3장 연구 방법 74
3.1. 재료 및 방법 74
3.1.1. 촉매 제조 방법 74
3.1.2. 실험 장치 및 방법 74
3.2. 물리 화학적 특성 분석방법 87
3.2.1. SEM 87
3.2.2. XRD 87
3.2.3. VSM 90
3.2.4. H₂-TPR 90
제4장 결과 및 고찰 92
4.1. 촉매 부피에 따른 발열 특성 영향 92
4.1.1. 촉매 형태에 따른 발열특성 92
4.1.2. 금속산화물 첨가가 부피에 미치는 영향 95
4.1.3. 촉매 부피와 발열성능 간의 상관성 연구 101
4.2. 촉매 자화 특성에 따른 발열 특성 영향 105
4.3. 금속산화물 종류에 따른 VOCs 산화 특성 연구 110
4.4. 운전 조건에 따른 촉매 산화 반응 특성 연구 124
4.5. 귀금속 첨가를 통한 VOCs 산화 성능 증진 128
4.6. 유도가열형 VOCs 산화 촉매의 실공정 적용 가능성 131
제5장 결론 133
참고문헌 135
Abstract 140
〈표 2-1〉 Carcinogen classification by ARC 24
〈표 2-2〉 Definition and hazards of VOCs 25
〈표 2-3〉 Toxicity of representative VOCs 26
〈표 2-4〉 Typical VOCs emission types and emissions of small businesses 28
〈표 2-5〉 VOCs pollutant sources and emission types 33
〈표 2-6〉 Degree of catalyst poison and its countermeasures 42
〈표 2-7〉 Comparison of pros and cons of common VOCs control technologies 46
〈표 2-8〉 Physical properties table of induction heating metal materials 56
〈표 3-1〉 Experimental conditions 82
〈표 4-1〉 Catalyst volume over heat treatment temperature 97
〈표 4-2〉 Comparison of heat generation and oxidation performance over the type of Ni-based metal oxide additives... 102
〈표 4-3〉 Surface analysis over the type of Ni-based metal oxide additives (SEM analysis) (Conditions : reduction temperature 900 ℃) 114
〈표 4-4〉 Comparison of H₂-TPR area by additive of Ni-based catalysts (Conditions : Reduction temperature 900℃) 118
〈그림 1-1〉 Summary of research on induction heating catalyst principle. 16
〈그림 2-1〉 The role of VOCs in ozone and fine dust production. 22
〈그림 2-2〉 Effects of fine dust on the human body. 23
〈그림 2-3〉 VOCs emissions from painting facilities by region. 27
〈그림 2-4〉 Current status of VOCs by emission source (2016). 31
〈그림 2-5〉 Amount of VOCs generated by year. 32
〈그림 2-6〉 Schematic description of three-bed regenerative thermal oxidizer (RTO). 36
〈그림 2-7〉 Adsorption process. 37
〈그림 2-8〉 Adsorbent type. ((a) Zeolite, (b) Alummina, (c) Activated carbon) 38
〈그림 2-9〉 Principle of VOCs catalytic oxidation method. 40
〈그림 2-10〉 Catalytic oxidation process. 41
〈그림 2-11〉 VOCs condensation treatment technology. 45
〈그림 2-12〉 Schematic diagram of induction heating technology. 51
〈그림 2-13〉 Volume effect of eddy current loss. 52
〈그림 2-14〉 Hysteresis loss. 53
〈그림 2-15〉 Induction heating and skin effect depending on current and frequency.... 54
〈그림 2-16〉 Generation of induced power according to frequency (critical frequency). 55
〈그림 2-17〉 Induction heating components. 59
〈그림 2-18〉 Inductors after optimization. 63
〈그림 2-19〉 Research on application of induction heating over catalyst type. 64
〈그림 2-20〉 Diagram summarizing the elementary steps of induction heating on a cut and oriented Ni single crystal. 65
〈그림 2-21〉 Schematic showing the impact of electrification on a steam CH₄ reformer: Comparing temperature profiles. 66
〈그림 2-22〉 Research on induction heating VOCs oxidation catalyst. 67
〈그림 3-1〉 Method of catalyst preparation. 76
〈그림 3-2〉 Induction heating catalyst. 77
〈그림 3-3〉 Schematic diagram of reactor. 78
〈그림 3-4〉 VOCs oxidation performance evaluation reactor. 79
〈그림 3-5〉 Catalyst heating temperature and VOCs oxidation performance evaluation reactor. 80
〈그림 3-6〉 Picture of catalyst in reactor. 81
〈그림 3-7〉 Method of non-contact catalyst temperature measurement. 83
〈그림 3-8〉 Catalyst temperature measurement location. ((a) Center, (b) Edge) 84
〈그림 3-9〉 Comparison temperature in induction heating system - Disc. (Conditions : reduction temperature 900℃) 85
〈그림 3-10〉 Evaluation of heating temperature and toluene oxidation performance over catalyst location(height) in the reactor. 86
〈그림 3-11〉 X-ray diffraction of crystals. 89
〈그림 4-1〉 Comparison of reaction temperature based on 3 g. 93
〈그림 4-2〉 Evaluation of exothermic performance over catalyst type. 94
〈그림 4-3〉 Evaluation of catalyst heat generation and toluene oxidation performance over heat treatment temperature.... 96
〈그림 4-4〉 Catalyst surface over heat treatment temperature. ((a) 500 ℃, (b) 700 ℃, (c) 900 ℃) 98
〈그림 4-5〉 Evaluation of heat generation and oxidation performance over the presence or absence of induction heating system additives.... 99
〈그림 4-6〉 Catalyst surface over the presence or absence of induction heating system additives. ((a) Ni, (b) Ni-MeOx) 100
〈그림 4-7〉 Comparison of volume and heat generation performance depending on the type of Ni-based metal oxide additives(Al₂O₃, CeO₂, Y₂O₃).... 103
〈그림 4-8〉 Comparison of volume and heat generation performance depending on the type of Ni-based metal oxide additives.... 104
〈그림 4-9〉 Analysis of magnetic properties through hysteresis loss by Al₂O₃. (VSM analysis), (Conditions : Reduction temperature 900℃) 106
〈그림 4-10〉 Analysis of magnetic properties through hysteresis loss by CeO₂. (VSM analysis), (Conditions : Reduction temperature 900℃) 107
〈그림 4-11〉 Analysis of magnetic properties through hysteresis loss by Y₂O₃. (VSM analysis), (Conditions : Reduction temperature 900℃) 108
〈그림 4-12〉 Analysis of magnetic properties through hysteresis loss by contents 20%.... 109
〈그림 4-13〉 Comparison of oxidation performance over the content of metal oxide.... 112
〈그림 4-14〉 Comparison of heat generation over the content of metal oxide. (Conditions : C₇H₈ conc. 100ppm; O₂ conc. 21%; N₂ conc. balance;... 113
〈그림 4-15〉 XRD analysis by additive of Ni-based catalysts. (Conditions : reduction temperature 900 ℃) 116
〈그림 4-16〉 H₂-TPR analysis by additive of Ni-based catalysts. (Conditions : reduction temperature 900 ℃) 117
〈그림 4-17〉 Evaluation of toluene oxidation performance over reduction temperature.... 119
〈그림 4-18〉 Comparison of toluene oxidation performance over toluene concentration.... 121
〈그림 4-19〉 Evaluation of heat generation performance of materials by type of induction heating system additive.... 123
〈그림 4-20〉 Oxidation performance of Ni-Y₂O₃ 20% catalyst by durability. (Conditions : C₇H₈ conc. 100ppm; O₂ conc. 21%; N₂ conc. balance;... 125
〈그림 4-21〉 Oxidation performance of Ni-Y₂O₃ 20% catalyst by On/Off test. (Conditions : C₇H₈ conc. 100ppm; O₂ conc. 21%; N₂ conc. balance;... 126
〈그림 4-22〉 Oxidation performance of Ni-Y₂O₃ 20% catalyst by relative humidity. (Conditions : C₇H₈ conc. 100ppm; O₂ conc. 21%; N₂ conc. balance;... 127
〈그림 4-23〉 Evaluation of heating temperature and toluene oxidation performance of noble metal (Pd, Pt) addition catalyst over heat treatment temperature.... 129
〈그림 4-24〉 Evaluation of heating temperature and toluene oxidation performance of noble metal addition catalyst over noble metal ratio.... 130