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레이저 흡수 분광법을 이용한 광화학반응 내 NO, NH₃ 농도 실시간 측정
정낙원(Nakwon Jeong),이승룡(Seungryong Lee),김강현(Kanghyun Kim),소성현(Sunghyun So),박대근(Dae Geun Park),김대해(Daehae Kim) 한국에너지기후변화학회 2021 한국에너지기후변화학회 학술대회 Vol.2021 No.11
대기 중 에어로졸은 태양 복사 전달에 직접 간섭하고 구름 형성에 간접적으로 영향을 줌으로써 대기에 광범위한 영향을 미치는 등 환경적, 사회적으로 가장 큰 이슈로 부각되고 있다. 대기 에어로졸은 다양한 오염원으로부터 배출되는 1차 미세먼지와 대기 중에서 광화학반응을 통해 생성되는 2차 생성 미세먼지로 구분된다. 이때 2차 생성 미세먼지를 발생시키는 전구물질로는 질소산화물, 황산화물, 암모니아, 오존 등이 있다. 효과적으로 미세먼지에 대응하기 위해서는 다양한 변수들에 대한 전구물질들의 상관관계를 상세히 파악하는 것이 중요하다. 파장가변형 흡수 분광법(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy)은 실시간으로 정량적인 농도측정이 가능하고 비접촉식이며 높은 정밀도 및 신뢰성을 가지고 있는 측정법이다. 따라서 미세먼지로 변환되는 과정에서 전구물질의 농도를 실시간으로 측정하기에 매우 적합한 측정 기술이다. 본 연구에서는 자외선량, 상대습도, O₂, NO, NH₃의 초기 농도 등의 변수를 가지고 광화학반응을 통한 질산암모늄 형성 과정을 실험실에서 직접 재현함과 동시에 TDLAS 기법을 이용하여 시간에 따른 NO와 NH₃ 전구물질의 농도를 측정하고, 그때 생성된 질산암모늄 입자를 포집하여 성분, 형태 및 크기를 분석하는 연구를 수행하였다. NO와 NH₃의 농도는 각각 1.52 μm의 분포 궤환형 레이저와 5.19 μm의 양자 폭포 레이저로 DAS 기법을 사용하여 측정되었다. 상온, 상압에서 UV-C 광도가 24W이고 상온에서 상대습도가 약 30%일 때 NO와 NH₃는 98% 이상 NO₂, HNO₃, NH₄NO₂ 등으로 변환되는 결과를 보였다. 또한, UV-C 광량이 강할수록, 초기 O₂ 농도가 높을수록, 상대습도가 높을수록 NO, NH₃ 가스의 변환율이 증가하였으며 입자 발생량 및 크기 역시 증가하였다.
파장가변형 흡수분광법을 이용한 질산암모늄 생성 과정에서의 NO와 NH₃ 농도 실시간 변동 측정
정낙원(Nakwon Jeong),소성현(Sunghyun So),김대해(Daehae Kim),송순호(Soonho Song),이창엽(Changyeop Lee),박대근(Dae Geun Park) 한국에너지기후변화학회 2020 에너지기후변화학회지 Vol.15 No.2
As rapidly growing across industries, particulate matters, which become a social issues in Korea, are caused by using Fossil fuels and expanding transportation. By atmospheric chemical reactions, primary air pollutants convert into secondary air pollutants. These pollutants decrease visibility and cause environmental problems such as acid rain and harmful effects on human health. Gaseous NO and NH₃ are significant precursor of secondary air pollutants, it is important to measure concentration of these gases. TDLAS, which is an optical measurement technology, has several advantages such as non-invasive, sensitive, fast response and robustness against various forms of noise, allow measuring the transient analysis of particulate matters. In this paper, the reaction relationship with NO, NH₃, H₂O and O₃ was analyzed by measuring the change in gaseous concentration during the conversion of nitrogen oxides to ammonium nitrate using TDLAS.