Journal of IKEEE (전기전자학회논문지)

Institute of Korean Electrical and Electronics Engineers (한국전기전자학회)
권호 표지
DOI QR코드

DOI QR Code

Study on the Ozone Generation and Decomposition of Trichloroethylene Using Dielectric Ball Materials filled Barrier Discharge

유전체 볼 충진 배리어 방전을 이용한 오존 생성 및 TCE 분해처리에 관한 연구

  • Han, Sang-Bo (Dept. of Electrical Engineering, Kyungnam University)
  • Received : 2019.06.05
  • Accepted : 2019.06.24
  • Published : 2019.06.30
Download PDF
⟨ Previous Next ⟩

Abstract

This work was carried out ozone generation and TCE decomposition characteristics using dielectric ball materials filled barrier discharge reactor and catalyst's reactor for ozone decomposition. Ozone concentration generated from $Al_2O_3$ or $TiO_2$ filled barrier discharge reactor was so high compared with non-filled discharge reactor. This reactor is good discharge structure for generating the high ozone concentration. In addition, TCE decomposition rate and COx conversion rate increased using $MnO_2$ filled discharge reactor, because ozone was decomposed at the same discharge space on the surface of $MnO_2$ catalysts. To identify the $MnO_2$ catalytic effects, TCE decomposition rate reached to 100[%] by the decomposition of ozone at $MnO_2$ catalyst's reactor by the arrangement of $Al_2O_3$ filled discharge reactor and $MnO_2$ catalyst reactor. Finally, $MnO_2$ catalyst is good materials for the decomposition of ozone and this process will be useful for decomposing VOCs such as TCE.

논문은 유전체 볼 충진 배리어 방전 리액터를 이용하여 오존 생성 및 TCE 분해 특성에 대하여 논하였다. 오존 발생량은 $Al_2O_3$ 또는 $TiO_2$ 유전체 볼을 충진한 경우가 유전체 볼을 충진하지 않은 배리어 방전리액터에 비하여 크게 증가됨을 보였으며, 이러한 방전구조는 오존 생성량을 증가시키기에 적절한 것으로 판단되었다. 또한, TCE 분해효율과 COx 전환율은 $MnO_2$ 충진 방전리액터를 사용한 경우가 높았으며, 이것은 방전공간에 위치한 촉매 표면에서 오존 분해에 따른 화학반응에 기인된 것으로 파악되었다. 촉매 표면 화학반응을 파악하기 위하여 Al2O3 유전체 볼 충진 방전리액터와 촉매 리액터를 직렬로 배치하여 TCE 분해 효율이 100[%]에 도달하였음을 확인하였으며, $MnO_2$ 촉매는 오존 분해에 매우 좋은 재료이며, 이러한 오존 분해 촉매 반응을 이용하여 TCE와 같은 VOCs 분해에 유용하게 활용될 것으로 사료된다.

Keywords

JGGJB@_2019_v23n2_431_f0001.png 이미지

Fig. 1. Structure of dielectric materials filled barrier discharge reactor and arrangement of discharge and catalyst reactor. 그림 1. 유전체 볼 충진 배리어 방전 리액터의 구조와 방전-촉매 리액터의 배치

JGGJB@_2019_v23n2_431_f0002.png 이미지

Fig. 2. Comparison of waveform about the applied voltage and discharge current. 그림 2. 인가전압 및 방전전류 파형의 비교(직경 2[mm]의 알루미나(Al2O3) 볼 충진)

JGGJB@_2019_v23n2_431_f0003.png 이미지

Fig. 3. Comparison of ozone generation according to discharge power and the relation between the applied voltage and discharge power. 그림 3. 인가전압과 방전전력의 관계 및 방전전력에 따른 오존 생성 특성 비교

JGGJB@_2019_v23n2_431_f0004.png 이미지

Fig. 4. Experimental results using MnO2 materials filled barrier discharge reactor(No heat treatment). 그림 4. 열처리 하지 않은 MnO2 유전체 볼을 충진한 배리어 방전 리액터의 실험 결과

JGGJB@_2019_v23n2_431_f0005.png 이미지

Fig. 5. Experimental results using Al2O3 materials filled barrier discharge reactor. 그림 5. Al2O3 유전체 충진 배리어 방전 리액터의 실험 결과

Table 1. Specifications and kinds of dielectric ball materials. 표 1. 유전체 볼의 종류 및 제원

JGGJB@_2019_v23n2_431_t0001.png 이미지

References

  1. B. Eliasson, M. Hirth and U. Kogelschatz, "Ozone synthesis from oxygen in dielectric barrier discharges," J. Phys. D:Appl. Phys., Vol.20 pp.1421-1437, 1987. DOI: 10.1088/0022-3727/20/11/010/meta
  2. Sang-Bo Han and Tetsuji Oda, "Decomposition mechanism of trichloroethylene based on by-product distribution in the hybrid barrier discharge plasma process," Plasma Sources Sci. Technol., Vol.16 413-421, 2007. DOI: 10.1088/0963-0252/16/2/026/meta
  3. Muhammad Farooq Mustafa, Xindi Fu, Wenjing Lu, Yanjun Liu, Yawar Abbas, Hongtao Wang, Muhammad Tahir Arslan, "Application of non-thermal plasma technology on fugitive methane destruction: Configuration and optimization of double dielectric barrier discharge reactor," J. Cleaner Produc., Vol.174, No.10, pp.670-677, 2018. DOI: 10.1016/j.jclepro.2017.10.283
  4. V. Demidiouk, S.I. Moon, J. O. Chae, "Toluene and butyl acetate removal from air by plasma-catalytic system," Catalysis communications 4 pp.51-56, 2003. DOI: 10.1016/S1566-7367(02)00256-X
  5. higeru Futamura, Toshiaki Yamamoto, "Byproducts Identification and Mechanism Determination in Plasma Chemical Decomposition of Trichloroethylene," IEEE Trans. Indus. App., Vol.33, No.2 pp.447-453, 1997. DOI: 10.1109/28.568009
  6. Tochiaki Yamamoto, "VOC decomposition by nonthermal plasma processing - A new approach," J. electrost., Vol.42 pp.227-238, 1997. DOI: 10.1016/S0304-3886(97)00144-7
  7. Hidahiro Einaga and Shigeru Futamura, "Comparative study on the catalytic activities of Alumina-supported metal oxides for oxidation of benzene and cyclohexane with ozone," React. Kinet. Catal. Lett. Vol.81, No.1 pp.121-128, 2004. DOI: 10.1023/B:REAC.0000016525.91158.c5
  8. Seiichiro Imamura, Masaaki Ikebata, T. Ito, and T. Ogita, "Decomposition of Ozone on a silver Catalyst," Ind. Eng. Chem. Res. Vol.30, pp.217-221, 1991. DOI: 10.1021/ie00049a033
  9. I. Nagao et al., "NOx removal using nitrogen gas activated by dielectric barrier discharge at atmosphere pressure," Vacuum 65, pp.481-487, 2002. DOI: 10.1016/S0042-207X(01)00460-2
  10. Muhammad Farooq Mustafa, Xindi Fu, Yanjun Liu, Yawar Abbas, Hongtao Wang, Wenjing Lu, "Volatile organic compounds (VOCs) removal in non-thermal plasma double dielectric barrier discharge reactor," J. Hazar. Mater., Vol.347, No.5, pp.317-324, 2018. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2018.01.021