[기술정보] UV Photoreactor(광화학반응기)의 특징 및 선택 기준

관리자
2023-07-03
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(주)플로켐 Newsletter│JUN 2023

UV Photoreactor의 특징 및 선택 기준


안녕하세요, 이화학 솔루션 전문 기업 (주)플로켐입니다. 매월 마지막주 화요일, 고객 여러분께 도움이 될 수 있는 다양한 기술정보와 신기술을 정리하여 뉴스레터로 보내드립니다. 이번 6월에는 광화학 반응 솔루션에서 가장 메인으로 사용되는 UV 광원에 대한 정보를 소개해드리고자 합니다.

*본 내용은 영국 Asynt사에서 제공한 기술 Blog를 번역, 편집한 것입니다.

원문 : https://www.asynt.com/blog/critical-features-of-a-uv-photoreactor/

Photochemistry, 한국어로 광화학은 빛 흡수에 의해 유도되는 화학적 과정과 관련된 학문으로, 최근 여러 분야에서 각광받고 있는 기술입니다. 이 중 가장 핵심적인 내용은 광화학을 활용한 반응, 광반응 솔루션입니다. 광반응은 기존에 진행하던 화학 반응의 안전성을 높이거나 효율, 속도를 높이기 위한 방법으로 활용되고 있습니다. 일반적으로 광화학반응에서는 높은 에너지와 매우 짧은 파장 대역을 가진 UV가 자주 활용됩니다. 하지만 광원과 제어 시스템의 종류에 따라 UV가 미치는 영향은 굉장히 상이합니다. 이번 뉴스레터에서는 다양한 UV와 광원에 따른 반응 방법과 퍼포먼스에 대해서 살펴보고자 합니다.


1 / UV Light Source


광반응기에 적합한 자외선 광원의 선택은 반응 퍼포먼스와 효율에 굉장히 중요한 요소입니다. 사용되는 광원의 유형은 광화학 반응의 효과와 효율에 모두 영향을 미칠 수 있기 때문입니다. 일반적으로 광화학 반응에서 사용되는 램프는 UV-A, B, C 등이 있으며 저압 및 중압 수은 램프가 옵션으로 사용되기도 합니다.

UV 광원은 애플리케이션과 생성되는 반응을 고려하여 선택해야 합니다. 광원의 비용과 효율, 광반응기와의 호환성과 같은 다른 요소들을 고려하는 것이 중요합니다.


2 / 반응기 디자인


광화학 반응은 다양한 디자인의 반응기에서 실행될 수 있습니다. 가장 일반적으로 활용되는 광화학 반응기 디자인은 Batch형 반응기와 Flow형 반응기가 있습니다. 기존에 설계된 반응기 디자인에 광원을 적용하는 것 만으로도 광화학 반응기를 설계할 수 있습니다.

Batch Reactor

배치 반응기(Batch Reactor)는 굉장히 전통적인 반응 구조입니다. 사용 방법이 간단하고 관리가 편리합니다. 또한 반응 컨디션을 세밀하게 조절할 수 있다는 점도 장점입니다. 하지만 일부 배치 반응기는 투과율 감소로 인해 반응 시간이 길어진다는 문제가 있으며, 다른 구조의 광반응기보다 확장성이 제한적이라는 단점이 있습니다.


Continuous Flow Phoroeactors

연속식 광화학 반응기는 배치형 반응기 대비 여러 장점을 가지고 있습니다. 보다 폭넓은 범위의 반응 조건을 안전하게 제어할 수 있으며, 시간적, 비용적으로도 효율이 높습니다. 다소 위험할 수 있는 물질의 반응도 안전하게 진행할 수 있다는 점도 장점입니다. 연속식 반응기는 확장성이 좋아 소규모 반응부터 대용량 생산까지 Scale-up이 편리합니다. 다만 일반적으로 배치형 반응기보다 설비 비용이 높다는 단점이 있습니다.


3 / Material Selection


UV 광반응기에 사용되는 재료는 효율성과 내구성에 영향을 미칠 수 있으므로 광반응기 성능의 핵심이라고 말할 수 있습니다. 광반응기에 가장 일반적으로 활용되는 재료는 에나멜, 스테인리스 스틸, 티타늄, 석영 등이 있습니다. 다만 재질에 따라 가격 차이가 크고, 진행하고자 하시는 반응 방법에 따라 적합한 재질이 다르기 때문에 선택 전에 신중하게 가능한 재질과 옵션을 고려하셔야 합니다.

스테인리스 스틸은 UV 광반응기에서 피팅과 파이프를 구성하는 데 사용됩니다. 내화학성이 굉장히 중요하기 때문에 사용되는 스테인리스 스틸의 등급이 중요합니다. 티타늄은 광화학 반응의 효과를 향상시킬 수 있기 때문에 적합한 물질로 볼 수 있습니다. 다만 가격대가 높다는 단점이 있습니다. 쿼츠는 고온을 견딜 수 있고 UV에 투명하여 대부분의 화학물질과 반응하지 않아 광화학 반응에서 폭넓게 활용됩니다.


4 / Control System

마지막으로 고려해야 할 부분은 컨트롤 시스템입니다. 실험 매개 변수를 제어하기 위해 다양한 옵션을 제공하는지, 더 나아가 장비의 효율성과 안전에는 문제가 없는지 확인하셔야 합니다. UV 광화학 반응기에서 제어야 하는 부분은 Flow rate, 온도, UV intensity 등이 있습니다.


5 / Recommendation


영국 Asynt와 Uniqsis사에서 선보이는 광화학 반응기를 소개해드립니다. 배치형 반응기 & 연속식 반응기 중 선택하실 수 있습니다.


LightSyn LightHouse

동일한 양의 빛을 고르게 조사하여 반응 효율을 높인 벤치탑 광화학 반응기

■ 사용 가능 온도 : ~80℃

■ Cooling Ring 사용 가능 온도 : -30℃ ~ 80℃ (서큘레이터에 따라 차이 있음)

■ 핫플레이트를 활용한 자기 교반, 가열 기능 지원

■ 최대 3종 시료 동시 반응 진행 가능

■ Gas Inlet 1개, 각 2개 Intel/Outlet

■ 10W LED

■ Anodised Aluminium 재질


PhotoSyn™

Flow Reaction 시스템에 최적화된 고출력 LED 램프 모듈



■ 고출력 LED Photo chemistry 모듈

■ LED Array 광원

■ 최대 출력 700W

■ UV-A/파란색, 파란색 및 파란색/녹색/백색 옵션

■ 독립적인 반응기 온도 제어 가능


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(주)플로켐은 광화학반응 솔루션 전문 기업인 영국 Asynt사와 Uniqsis사의 대한민국 공식 대리점으로, 고객 여러분께 다양한 기술 정보와 앞선 품질력의 제품을 소개해드릴 예정입니다. 광화학 반응과 관련하여 궁금하신 부분이 있으시다면 언제든지 (주)플로켐으로 문의주세요. 감사합니다.

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