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Sulfur dioxide and nitric oxide concentration reduction technology in exhaust gas based on electrochemistry = 전기화학 기반의 배기가스 내 이산화황 및 일산화질소 농도 저감 기술
서명 / 저자 Sulfur dioxide and nitric oxide concentration reduction technology in exhaust gas based on electrochemistry = 전기화학 기반의 배기가스 내 이산화황 및 일산화질소 농도 저감 기술 / Seonjeong Cheon.
저자명 Cheon, Seonjeong ; 천선정
발행사항 [대전 : 한국과학기술원, 2018].
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초록정보

The first chapter reports on the performance of the sulfite/FeIIIEDTA (Ferric ethylenediaminetetraacetic acid) fuel cell, in which dissolved sulfur dioxide ($SO_2$), sulfite ($SO_3^{2-}_(aq)$), is oxidized to treat $SO_2$ emitted from flue gas. As a terminal electron acceptor, FeIIIEDTA was harnessed to regenerate the absorbent of nitric oxide (NO), that is FeIIEDTA. The effects of various operating parameters, such as reactants concentrations, pH of reactants, and operating temperature, on the performance of the fuel cell were investigated. The highest performance was obtained of 7.51 mW $cm^{-2}$ with the anode solution of 1 M $Na_2SO_3$ and 1 M NaOH and the cathode solution of 100 mM FeIIIEDTA and 1 M HCl at 80 $\circ C$. After the 6-hour discharge of the fuel cell at 0.1V, the quantity of the products were analyzed and the faraday efficiency about the FeIIEDTA was turned out to be 55.5 %. The durability of the fuel cell was also tested, resulting in a stable operation for 30 hours. This fuel cell is expected to alleviate air pollution by removing $SO_2$ and regenerate NO absorbent simultaneously with the electrical energy generation. In the second chapter, the dry-type adsorbent for nitric oxide removal was synthesized. The supporting material was graphene oxide, and it was functionalized with EDTA-silane to impose the metal chelating ability. Then prepared adsorbent was reduced by hydrazine in order to gain the electrical conductivity for its regeneration in case of iron oxidation caused from the oxygen in the flue gas. Then iron was chelated to the adsorbent because FeIIEDTA is well known for its nitric oxide capturing ability.

전 세계적으로 대기 오염은 매년 심각해지고 엄청난 피해를 입고 있다. $SO_2$(이산화황)와 $NO_x$ (질소산화물)는 화석연료 연소 시 다량으로 배출되는 유해가스이다. 현재 $SO_2$는 FGD로 처리하고 있으며 석회석 등의 alkaline sorbent를 이용하여 calcium sulfite형태로 황을 저장한다. Calcium Sulfite는 forced oxidation 과정을 거쳐 상업적으로 가치가 있는 calcium sulfate, 즉 석고로 활용된다. $NO_x$는 물에 대한 용해도가 낮아 FGD 대신 암모니아 등의 환원제를 주입하여 질소기체 형태로 전환하는 SCR이 널리 사용된다. 하지만 고가의 금속($V_2O_5$/$TiO_2$) 촉매 사용, 지속적인 환원제 주입, 암모니아 슬립 등의 문제가 많다. 또다른 탈질기술로 FeEDTA 수용액을 사용한 scrubbing 시스템이 활발히 연구되고 있다. Fe(II)EDTA는 일산화질소와 결합해 용해도를 증가시켜 탈질 스크러버 용액으로 사용될 수 있다. 하지만 배기가스 속에 존재하는 5~10%의 산소로 인해 철이 산화되어 NO와 결합할 수 없는 Fe(III)EDTA가 되어 FE(II)EDTA로 흡착액 재생을 시켜주어야 한다는 문제가 있다. $SO_2$를 제거하는 FGD에서는 sulfite가 sulfate로 산화되어야 하고 NO를 제거하는 Fe(II)EDTA scrubbing system에서는 Fe(III)EDTA가 Fe(II)EDTA로 환원되어야 한다. 본 연구에서는 두 산화환원반을을 이용하여 연료전지로 운전하였다. $SO_3^{2-}$ 및 Fe(III) EDTA는 각각 전기 화학 전지에서 환원제 및 산화제로 사용될 수 있고 산화 환원 결합 반응을 통해 전기 에너지를 생성 할 수 있으며 동시에 $SO_3^{2-}$를 무해한 $SO_4^{2-}$ 로 전환하고 Fe(III) EDTA를 일산화 질소에 결합 할 수 있는 Fe(II) EDTA로 재생한다. 본 연구에서는 운전조건을 변화시키면서 연료전지의 성능을 관찰하고 생성된 반응물을 분석하였다. 두 번째 장에서는 건조 상태에서 일산화 질소를 흡착할 수 있는 건식 흡착제가 합성되었다. 지지체는 그래핀 옥사이드가 사용되었고 EDTA-silane을 이용하여 표면을 기능화하였다. 이는 EDTA-silane이 EDTA와 유사하게 금속이온과 배위결합할 수 있기 때문이다. 제조된 흡착제는 하이드라진을 이용해 환원되었는데, 이는 전기가 통하지 않는 그래핀 옥사이드 표면의 기능기를 제거하여 전기 전도성을 높이기 위함이다. 그 후 흡착제는 철과 결합하여 일산화 질소를 흡착하는 Fe(II)EDTA와 유사한 성질을 가지게 된다. 흡착제의 철(II)은 배기가스 내 약 5~10%로 존재하는 산소로 인해 산화될 수 있고 이때 전기화학적으로 재생될 수 있다.

서지기타정보

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청구기호 {MCE 18015
형태사항 iii, 39 p. : 삽도 ; 30 cm
언어 영어
일반주기 저자명의 한글표기 : 천선정
지도교수의 영문표기 : Jong-In Han
지도교수의 한글표기 : 한종인
학위논문 학위논문(석사) - 한국과학기술원 : 건설및환경공학과,
서지주기 References : p. 31-38
주제 $SO_2$
NO
$NO_x$
FeEDTA
fuel cell
dry-condition adsorbsent
이산화황
일산화질소
질소산화물
연료전지
건식 흡착제
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