$NO_2$ 에 의한 soot 나노입자의 산화와 저온 플라즈마 반응의 특성

Abstract

$NO_2$ 는 디젤 배기가스에서 촉매나 저온플라즈마 기술을 이용하여 NO를 산화시킴으로써 생성될 수 있다. 수 백 ppm의 적은 NO2 양으로도 200-700℃의 온도 범위에서 soot를 충분히 산화시킬 수가 있으나 O2를 이용하여 산화시키려면 700℃이상의 온도가 되어야 한다. 그러므로 $NO_2$를 이용하면 일반적인 디젤 배기가스의 온도에서 soot를 연속적으로 산화, 재생할 수 있다. 그러나 soot 나노입자의 크기와 $NO_2$ 의 농도에 따라 반응속도와 제거를 위한 시간이 다르다. 그러므로 이 산화의 정량적인 자료가 필요하다. 실험에서 $NO_2$에 의한 soot 나노입자의 산화속도가 두 가지 다른 반응시간의 조건에서 17-700℃의 온도와 0-552 ppm의 $NO_2$ 농도에서 구해진다. soot 나노입자는 질소를 이송기체로 사용한 흑연 스파크 방전기에 의해 만들어진다. 41 nm와 81 nm로 단분산된 입자의 산화에 대해 연구하기 위해 TDMA 기술이 사용된다. 먼저 생성된 입자는 첫 번째 DMA를 통과하여 단분산된 입자만 뽑아내고 두 번째 DMA는 $NO_2$ 에 의해 산화된 후의 입자의 분포를 확인한다. 166 ppm이상의 $NO_2$ 농도에서는 농도 증가에 따른 입경감소의 증가는 크지 않았다. 반응시간이 두 배가 될 때 입경감소율은 약 50 % 증가했다. soot 입자의 입경감소율은 반응의 속도를 표시하는 Arrhenius 방정식으로 표현된다. 그리고 $NO_2$ 농도가 증가하고 입자의 크기가 클수록 표면산화율은 증가했다. NO2 317 ppm + O2 9.6 %의 혼합조건에서는 활성화에너지가 순수한 $NO_2$ 만 있을 때의 76.3 kJ/mol에 비해 65.9 kJ/mol로 감소하였다. 이는 $O_2$ 가 산화에서 촉매 역할을 함을 알 수 있다. 저온산화 시스템의 하나로 저온플라즈마 장치가 실험되었다. 300-700 ppm의 NO와 3-10 %의 $O_2$ 의 범위에서 최대 115 ppm의 $NO_2$ 가 생성되었다. 그리고 반응 온도가 증가함에 따라 $NO_2$ 의 생성량도 증가하였다. 그러므로 실제 배기가스의 온도에서는 그 증가량은 더욱 증가할 것이다.