대기압 플라즈마를 이용한 친환경 및 생화학적 적용

Abstract

Dielectric barrier discharge (DBD) is used for bacterial sterilization in medical fields, but a critical limitation exists: high ozone concentrations generated by DBD can be harmful to humans. Ozone concentrations can be reduced by various means, such as using catalysts and carbon, and by varying the flow velocity and power consumption of the DBD. We controlled the humidity of a DBD-driven airborne bacterial inactivation system to minimize ozone and improve the sterilization capacity. Increasing humidity reduced DBD-induced ozone and increased the production of hydroxyl radicals. We also investigated the effect of power sources on ozone and hydroxyl radical generation using AC- and pulse-powered plasma. When the humidity increased from 50 % to 70 %, the ozone concentration decreased by a factor of 10 and 30 % for AC and pulse-powered plasma, respectively. On the other hand, the inactivation efficiency increased as the humidity increased from 50 % to 70 %. The hydroxyl radical concentration also increased by 30 % and 47 % using AC DBD and pulse DBD, respectively. We inferred that the differences in hydroxyl radical production between the AC-powered and pulse-powered plasma were due to differences in the vibrational temperature and humidity effect. |최근 의료 분야에서 유전체 장벽 방전(DBD)을 사용하여 박테리아 등의 병원체를 제거하는 연구가 진행되고 있지만, DBD에 의해 생성되는 높은 오존 농도는 인체에 유해할 수 있다는 한계가 존재한다. 오존 농도를 줄이기 위해 촉매나 탄소를 사용하거나, 유속을 조절하거나 DBD에 인가하는 소비전력을 변화시키는 등 다양한 수단이 존재한다. 오존을 최소화하고 살균 능력을 향상시키기 위해 본 연구에서는 공기 중 세균 불활성화 시스템의 습도를 제어했다. 습도가 높아지면 DBD에 의해 발생하는 오존이 감소했고, OH 라디칼의 생성은 오히려 증가하였다. 또 DBD를 구동하는 전원을 AC와 펄스 각각 2 case로 나눠 오존과 OH 라디칼 발생에 대한 전원의 영향에 대해서도 조사했다. 습도가 50%에서 70%로 높아지자 AC DBD와 펄스 DBD의 오존 농도가 각각 10%와 30%씩 감소했다. 반면 습도가 50%에서 70%로 높아질수록 세균의 불활성화 효율은 증가했다. 발생한 OH 라디칼 농도도 AC DBD와 펄스 DBD 각각 30%, 47% 증가했다. AC 전원과 펄스 전원 플라즈마의 OH 라디칼 생성의 차이는 진동 온도와 습도의 영향의 차이로 인한 것으로 추정된다.