Ⅰ		미세먼지란

○ PM10: 지름이 10㎛ 미만인 입자. 주로 먼지, 꽃가루, 곰팡이 등

○ PM2.5: 지름이 2.5㎛ 미만인 입자. 주로 연소입자, 유기화합물, 금속. 같은 농도인 경우 PM2.5는 PM10보다 더 넓은 표면적을 갖기 때문에 다른 유해물질들이 더 많이 흡착되고, 기관지에서 다른 인체기관으로 이동할 가능성도 높아 건강에 더 해로움.

Ⅱ		미세먼지 배출특성

○ 미세먼지는 직접배출과(연소입자, 흙먼지 광물 등) 간접배출(SOx, NOx, VOCs 등으로부터 2차 생성)으로 구분되며, 간접배출이 75% 정도 차지

- 간접배출 비율이 점차 증가되는 추세

○ 동시에 NOx, VOCs는 오존 생성 기여물질로서 관리 필요성 높음

Ⅲ		미세먼지 2차생성 기전

○ VOCs(휘발성 유기화합물): 반응성이 강한 물질(OH, O3)과 화학반응을 일으켜 2차 유기입자가 됨

○ NOx(질소산화물): 대기중 오존 등과 반응해 산성물질인 질산(HNO3)을 생성하고, 이는 대기 중 알카리성 물질인 암모니아(NH3)와 반응하여 질산암모늄(NH4NO3)이 된다. 이 질산암모늄이 입자상 물질로서 2차 생성된 미세먼지임

○ SOx(황산화물): 아황산가스(SO2)는 수증기 등과 반응하여 황산(H2SO4)이 되고, 이는 다시 암모니아 등과 반응하여 입자상 물질인 황산암모늄((NH4)2SO4) 이 된다.

Ⅰ		광촉매란

○ 광촉매란 자신은 반응의 전후에 변화하지 않지만 빛을 흡수함에 따라 반응을 촉진시키는 것으로 정의되는 물질. 식물의 엽록소도 광합성을 일으키는 광촉매의 일종임

○ 대표적인 실용 광촉매로 산화티탄(TiO2, 산화티타늄, 이산화티타늄)이 널리 활용되고 있음.

Ⅱ		산화티탄 용도

○ 티타늄은 지각 구성 원소 중 10번째로 풍부한 물질로 산화티탄은 세계적으로 1년에 700만톤 이상 사용되고 있음. 산화티탄은 높은 굴절률로 빛 산란 능력이 커서 물질을 불투명하게 만드는 특성으로 주로 안료용으로 사용되고 있음

○ 안료용 산화티탄

- 입자크기는 100~300㎚(나노미터)

- 화학섬유의 반사현상이나 물에 젖어 투명해지는 현상 방지

- 표면을 실리카 또는 알루미나로 처리하여 표면이 직접 바깥에 나오지 않게 하여 광촉매 활성 억제

- 고무, 화장품, 치약, 화이트초콜렛 등에 첨가 사용(인체 무해)

○ 광촉매용 산화티탄

- 입자크기는 10~30㎚(나노미터)로 안료용의 1/10.

- 입자 크기가 작아 단위당 넓은 표면적을 가지므로 빛을 잘 받을 수 있음

- 유기물질, NOx, SOx 등을 분해하고 초친수성인 광촉매 특성

Ⅲ		나노입자 산화티탄의 유해성 검토

○ 관련근거: 일본 신에너지산업기술종합개발기구(NEDO) 연구프로젝트
“나노 입자 특성 평가 기법 연구 개발(2006.6.~2011.2.)”

○ 나노 입자 산화티탄을 일반농도 조건으로 노출시킨 쥐의 경우 폐종양 등 어떤 문제점도 없었음

○ 고동도로 나노 입자 산화티탄을 노출시키면 폐종양이 확인되지만, 산화티탄의 영향이라기 보다는 나노입자 그 자체에 의한 것으로 판단됨
(실리카 등 모든 종류의 나노 입자를 같은 조건에서 노출한 경우에도 관찰됨)

Ⅳ		산화티탄 광촉매 산화분해의 원리

① 산화티탄에 태양이나 형광등 빛(380㎚ 이하 자외선)을 쪼이면, e-(전자)가 여기1)하고 h+(정공)2)이 생성

② 공기중의 산소와 e-가 반응하여 여러 종류의 활성산소를 생성

[O2 + e- → O2- (수퍼옥사이드음이온)]

[O2- + H+ → HO2-(하이드로퍼옥실 라디칼)]

[HO2- + O2- + H2O → H2O2 + O2 + OH- (과산화수소)]

[H2O2 + e- → OH- + OH-(수산화라디칼)]

③ 이들 활성산소가 유기물의 분해력을 발휘

1) 여기: 외부에서 에너지를 가함으로써 원자나 분자의 가장 바깥쪽에 있는 전자가 높은 에너지 상태로 이동하는 것.

2) 정공: 가전자가 없든가 또는 빠진 자리의 원자 최외각 궤도

Ⅴ		산화티탄 광촉매 NOx, SOx 제거 원리

○ 산화티탄이  NO3- 및 SO42- 등을 산화시켜 질산(HNO3), 황산(H2SO4)으로 변환, 무해화하여 빗물 등에 씻겨 나가는 원리

○ 아래 모식도와 같이 산화티탄을 시멘트, 콘크리트 등에 코팅시킬 경우 NOx 등이 시멘트 속 칼슘과 화학반응하여 중성의 질산칼슘의 형태로 고정되었다가 빗물에 씻겨나가게 되는데, Ca 성분이 광촉매 활성과 성능유지기간을 더욱 향상시킴