<목차>
Introduction(배경)
Background and Necessity of Research
Experimental detail
conclusion
reference
<연구 목표>
N2O 분해 촉매가 N2O 를 분해하는 정도를 IR 로 모니터하고, 촉매 표면을 표면 분석 장비로 관측하여 상관관계를 연구하고, 촉매를 개선할 가능성을 찾고자 한다.
<Backgrounds 이론적 배경> 목차 - N2O (온실가스), 주파수 가변 적외선 분광법 (전통적 분석법, 레이저 분석법, TDL, QCL, 적외선 검출기), N2O 분해 촉매
아산화질소(nitrous oxide, N2O)는 대표적인 온실가스(greenhouse gas) 중의 하나로 지구온난화에 기여하는 정도는 전체의 약 6%이지만(Perez-Ramirez 등, 2003), 대기 내에서 매우 안정하기 때문에 150년 동안체류할 수 있으며 지구온난화지수(global warming potential, GWP)는 CO2의 310배에 이른다(IPCC, 2001).
N2O는 독성이 없고 흡입마취제로도 사용되는 안전한 물질이지만 지구온난화 물질의 하나로서 N2O 1분자는 CO2 310분자에 해당하는 온난화효과가 있다. COP3(제 3회 UN 기후변화조약 체결국 회의, 1997년 교또)에서 CO2, CH4 등과 함께 배출삭감 대상가스의 하나로 지정되었다. 또한 N2O는 화학적으로 안정하므로 대류권내에서는 거의 파괴되지 않고, 성층권까지 도달한 후 자외선에 의하여 분해되거나 산소원자와 반응하여 NO를 생성하기도 한다. 따라서 N2O는 성층권내에서 NO와 NO2의 주요한 기원물질이 되고 있다. 생성된 NO는 성층권의 오존과 반응하여 연쇄적인 오존파괴가 진행된다. 따라서 N2O농도의 증가는 오존층의 파괴로 연결된다(단, 염소원자에 의한 오존의 파괴가 없을 경우)
한 예로 N2O의 농도가 현재의 2배로 증가하면 오존농도는 약 10% 감소하는 것으로 알려져 있다. IPCC(기후변화에 관한 정부간 패널 : International Panel on Climate Change)의 자료에 의하면 대기중 N2O농도는 산업혁명 이전의 275ppb에서 1994년에는 312ppb로 증가하여 매년 0.25%의 증가율을 보이는 것으로 추계되고 있다1). 2020년에는 대기농도가 50∼100ppb 증가하여 온실효과와 오존층의 파괴에 큰 악영향을 끼칠 것으로 예상되고 있다.
화학적 성질 - 아산화질소는 안정한 물질로서 오존이나 수소, 할로겐, 알칼리 금속 등에 상대적으로 반응성이 약하다. 하지만 고온에서는 N2O가 질소와 산소로 분해되는데 600℃ 정도에서 분해반응속도가 증가한다. 고온에서 N2O는 연소에 도움을 주는데 유기화합물이나 알칼리 금속 등을 산화시킨다. N2O는 알칼리용액에 용해되지만 hyponitrites를 생성하지는 않으며 결정성 6수화물은 저온에서 얻어진다.
배출원 - N2O는 자연 발생원과 인위 발생원으로부터 배출되는데 전 지구적으로 볼 때 상세한 내역은 <표 2>와 같다. 이들 발생원에 의한 연간 배출량은 각각 6.8∼23.1백만 톤/년, 12.6∼35.2백만 톤/년으로서 총 발생량은 12.6∼35.2백만 톤/년에 달하고 있다. 한편, 성층권에서 파괴되는 N2O의 양은 연간 14.1∼25.1백만 톤/년으로 발생량과 파괴량의 차이만큼이 대기 중 N2O농도상승에 기여하고 있다.
분자의 진동과 회전 스펙트럼은 분자의 구조와 변화를 파악하는 중요한 도구로 전통적으로 FT-IR 과 마이크로웨이브 분광법이 사용된다. 특히 적외선 분광법은 정량 분석과 정성 분석에 널리 이용된다.
GC(가스 크로마토그래피) - NLO, QCL 추가하고 GC 는 통채로 빼는 것도 한 방법
GC는 이동상으로 기체를 사용하는 크로마토그래피로, 기체 시료의 분석과 분류에 사용되는 방법이다. 시료를 넣어준 후부터 검출기 신호가 최대가 되는 곳(피크)까지 걸리는 시간인 머무름 시간을 이용해 정성 분석이 가능하고, 피크의 면적과 피크의 농도가 비례한다는 점을 이용해 정량 분석이 가능하다. GC의 특징으로는 적은 시료(마이크로리터)로도 분석이 가능하다는 점과 분석 시간이 비교적 짧다는 점, 여러 시료가 섞인 상태여도 원하는 물질의 분류가 가능하다는 점이 있다. 하지만 현장에서 직접 분석할 수 없고, 분석하려는 물질에 대한 이동상과 고정상에 대한 정확한 정보가 존재하지 않는다면 분석하기 어렵다는 단점이 존재한다.
mid IR 영역에서 일반 광원으로는 FT-IR 분광법과 주파수 가변 레이저를 사용하는, TDL, 비선형 주파수 합성, QCL 등이 있다. 이들을 비교하면 다음과 같다.