금속산화물이 담지된 허니컴 형상의 플라즈마-촉매 반응기를 이용하여 아이소프로필 알코올(isopropyl alcohol, IPA) 저감 및 부산물 생성 거동에 대해 조사하였다. 허니컴 형상의 다공질 세라믹 지지체(주성분: ${alpha}-Al_2O_3$)에 금속산화물로 산화철($Fe_2O_3$) 또는 산화구리(CuO)를 담지시킨 후, 이 촉매가 동축 원통형 전극구조 내부에 위치하도록 플라즈마-촉매 반응기를 구성하였다. 플라즈마 반응에 의한 IPA 분해속도가 매우 빨랐기 때문에 IPA 분해효율 자체는 금속산화물 담지 여부 및 금속산화물 종류에 관계없이 유사한 것으로 나타났으나, 부산물 생성거동은 촉매종류에 따라 큰 차이를 보여주었다. 아세톤, 폼알데하이드, 아세트알데하이드, 메테인, 일산화탄소 등의 유해 부산물 농도는 $Fe_2O_3/{alpha}-Al_2O_3$ < $CuO/{alpha}-Al_2O_3$ < ${alpha}-Al_2O_3$ 순으로 높게 나타났다. 유량 $1L;min^{-1}$, IPA 초기농도 5,000 ppm(산소: 10%), 방전전력 47 W의 조건에서 얻어진 $CO_2$ 선택도는 ${alpha}-Al_2O_3$, $CuO/{alpha}-Al_2O_3$, $Fe_2O_3/{alpha}-Al_2O_3$에 대해 각각 40, 80, 95%로서 $Fe_2O_3/{alpha}-Al_2O_3$가 플라즈마-촉매를 이용한 IPA의 산화에 가장 효과적인 것으로 나타났다. 플라즈마를 단독으로 사용하여 휘발성유기화합물을 분해할 경우 타르형태의 생성물이 반응기에 퇴적되는 문제점이 있으나, 플라즈마-촉매 공정에서는 이러한 현상이 관찰되지 않았으며 촉매의 활성이 그대로 유지되었다.
This work investigated the plasma-catalytic decomposition of isopropyl alcohol (IPA) and the behavior of the byproduct compounds over monolith-supported metal oxide catalysts. Iron oxide ($Fe_2O_3$) or copper oxide (CuO) was loaded on a monolithic porous ${alpha}-Al_2O_3$ support, which was placed inside the coaxial electrodes of plasma reactor. The IPA decomposition efficiency itself hardly depended on the presence and type of metal oxides because the rate of plasma-induced decomposition was so fast, but the behavior of byproduct formation was largely affected by them. The concentrations of the unwanted byproducts, including acetone, formaldehyde, acetaldehyde, methane, carbon monoxide, etc., were in order of $Fe_2O_3/{alpha}-Al_2O_3$ < $CuO/{alpha}-Al_2O_3$ < ${alpha}-Al_2O_3$ from low to high. Under the condition (flow rate: $1L;min^{-1}$; IPA concentration: 5,000 ppm; $O_2$ content: 10%; discharge power: 47 W), the selectivity towards $CO_2$ was about 40, 80 and 95% for ${alpha}-Al_2O_3$, $CuO/{alpha}-Al_2O_3$ and $Fe_2O_3/{alpha}-Al_2O_3$, respectively, indicating that $Fe_2O_3/{alpha}-Al_2O_3$ is the most effective for plasma-catalytic oxidation of IPA. Unlike plasma-alone processes in which tar-like products formed from volatile organic compounds are deposited, the present plasma-catalyst hybrid system did not exhibit such a phenomenon, thus retaining the original catalytic activity.
