SiH4, 알진 등에 적용되는 건식처리

건식처리(Dry Scrubber)는 규조토, 실리카겔, 활성탄에 산화촉매, 산화약제 등을 부착시킨 고체처리제를 충전탑에 충전하고 여기에 가스를 흐르게 해 가스를 처리하는 방식이다.

건식처리는 대표적으로 모노실란, 알진, 포스핀, 디보레인 등에 적용된다.

모노실란의 공기 도입식 접촉산화 반응식은 다음과 같다.

SiH4＋O2→ SiO2＋2H2
2H2＋O2 → 2H2O (SiH4＋2O → SiO2＋2H2O)

이 경우, 효율이 매우 높은 농도로 하지 않으면 모두 SiO2로 되지 않고 공기+SiH4가 남을 가능성이 있고, 공기의 도입량 관리가 필요하다.

또한 산화반응 후 발생되는 재(SiO₂)가 대기 중으로 확산되는 것을 방지할 수 있는 설비가 필요하다. 과망간산칼륨형 산화흡착제 반응은 SiH4를 산화시킨 후에 H2가 발생하기 때문에 H2의 대책이 필요하다.

알진과 포스핀의 염화제이철형 산화흡착제 반응에 있어 이차적으로 염산가스를 발생시키기 때문에 이에 대한 대책이 필요하다.

또한, 산화 시 발생되는 발열량을 고려해 흡착제 또는 관련 설비를 열화로부터 보호할 수 있는 대책이 필요하다. 처리효율은 가스농도에 관계없이 허용농도를 만족한다.

금속산화제형 흡착제 반응에서는 H2O와 H2가 발생한다. 약제에 물이 흡수되지 않으므로 열화는 적다. 산소가 일정 농도 이상 흐르면 환원·재생된다.

SiH4 산화시 H2 대책 필요

흡착과 화흡 제거공정 서로 달라

흡착(Adsorption)과 화흡 (Chemisorption)은 서로 다른 개념이다. 흡착(Adsorption)이란 기체 또는 증기 상태의 대기오염물 분자를 다공질의 고체상태의 흡착제 (Adsorbents) 표면에 붙잡아 두는 것으로 오염물질을 제거하는 공정을 말한다.

이러한 흡착은 오염물질의 비등점 보다 높은 주변온도에서 오염물질이 액적(Liquid Droplet) 으로 응축되어서 흡착제에 포집된다. 이런 응축작용은 흡착제의 표면에서의 촉매효과인 ‘활성장 (Active Sites)’에 기인한다.

흡착은 대부분 흡착제의 내부다공면적에서 일어난다. 따라서 흡착제의 내부유효다공면적은 외부표면적의 수배가 되어야한다.

흡착은 화학반응이 없으므로 가역적이다. 응축된 오염물질을 가열하여 기화시키면 고농도가 방출되고 이것을 다시 냉각시키면 회수가 가능하다.

또한 이 때 흡착제는 재생된다. 흡착제로써는 활성탄 (Activated Carbon) 이 주로 사용된다.

화흡 (Chemisorption) 이란 화학적 흡착 (Chemical Adsorption) 을 줄인 말로써 활성탄 대신 활성화된 산화알루미늄 (Al2O3)에 중화용 화학물질을 잉태시킨 흡착제를 사용해 흡착 (Adsorption) 과 동시에 흡수(Absorption) 및 화학적 중화반응을 일으킴으로써 오염물질을 제거하는 공정을 말한다

오염물질은 화학적인 반응을 통해 제3의 물질로 변환되므로 더 이상 존재하지 않는다

따라서 화흡은 비가역이며 오염물질회수나 흡착제의 재생이 불가능하고 흡착제에는 더 이상 냄새가 나지 않는다.

오염물질의 종류에 따라서 다양한 흡착제를 선택하여 사용한다.

흡착제로는 주로 KMnO4가 사용된다.

▲ ▲화흡의 원리. ▲화흡의 원리