TSA공정을 이용한 활성탄에서 VOC의 흡ㆍ탈착 특성에 관한 연구 (The) adsorption-desorption characteristics of VOC on activated carbon by thermal swing adsorption(TSA) process원문보기
휘발성 유기물질인 VOC는 화학공장에서 방출되는 가장 일반적인 오염물질이다. VOC는 대기 중에서 태양 빛을 받아 광화학반응을 일으켜 스모그의 원인이 되는 오존 및 광화학산화성 물질을 만들며 자동차에서 배출되는 연소 배기가스중의 SOx, NOx와 함께 최근 심각한 대기오염의 주 요인이 되는 물질이다. VOC는 매우 낮은 부분압에서도 고체표면에 높은 친화성을 가진다. 그러므로 VOC물질인 톨루엔과 ...
휘발성 유기물질인 VOC는 화학공장에서 방출되는 가장 일반적인 오염물질이다. VOC는 대기 중에서 태양 빛을 받아 광화학반응을 일으켜 스모그의 원인이 되는 오존 및 광화학산화성 물질을 만들며 자동차에서 배출되는 연소 배기가스중의 SOx, NOx와 함께 최근 심각한 대기오염의 주 요인이 되는 물질이다. VOC는 매우 낮은 부분압에서도 고체표면에 높은 친화성을 가진다. 그러므로 VOC물질인 톨루엔과 벤젠을 사용한 본 연구에서는 톨루엔과 벤젠이 활성탄에 강하게 흡착된 경우이므로 용매회수를 위해 TSA 공정을 사용하였다. TSA공정을 이용하여 톨루엔과 벤젠의 활성탄에 대한 흡·탈착 실험을 고정층 칼럼에서 수행하였고, 활성탄에서의 흡착 과 재생시간 및 재생성능 비교를 위해 활성탄소섬유에서 동일한 조건으로 실험을 수행하였다.
톨루엔과 벤젠의 흡착실험을 통해서 톨루엔의 흡착량은 많았지만, 재생성은 벤젠이 우수함을 알 수 있었다. 흡착질의 농도가 증가할수록 물질전달구간이 짧아졌으며, 흡착파과시간도 빨라졌다. 수치적분으로 구한 각 농도에서의 흡착량을 Langmuir-Freundlich 식으로 fitting하여 흡착평형곡선을 얻었으며, 주어진 농도 범위에서 실험값과 잘 일치함을 볼 수 있었다.
톨루엔과 벤젠의 탈착실험을 통해서 톨루엔이 벤젠보다 물질전달구간이 길어졌으며, 재생시간도 늘어남을 알 수 있었다. 유량과 온도를 증가시킴에 따라 재생시간은 짧아졌고, 물질전달구간도 줄어들었으며, roll-up높이는 재생온도가 높을수록 높아졌다. TSA공정은 에너지 다 소비 공정이므로 재생 효율을 증가시키는 것이 중요하다. 재생효율의 중요한 Factor 인 재생가스 소비량과 에너지 소비량을 구하여 최소의 에너지를 소모하는 톨루엔과 벤젠 각각의 최적재생가스온도를 구하였다.
활성탄과 활성탄소섬유에서 톨루엔과 벤젠의 흡·탈착 실험을 통해서 톨루엔과 벤젠의 흡·탈착 거동이 두 흡착제에서 거의 비슷함을 알 수 있었다. 이것은 활성탄과 활성탄소섬유의 비표면적과 20Å이하의 미세공 발달정도가 거의 비슷하기 때문이라 사료된다.
휘발성 유기물질인 VOC는 화학공장에서 방출되는 가장 일반적인 오염물질이다. VOC는 대기 중에서 태양 빛을 받아 광화학반응을 일으켜 스모그의 원인이 되는 오존 및 광화학산화성 물질을 만들며 자동차에서 배출되는 연소 배기가스중의 SOx, NOx와 함께 최근 심각한 대기오염의 주 요인이 되는 물질이다. VOC는 매우 낮은 부분압에서도 고체표면에 높은 친화성을 가진다. 그러므로 VOC물질인 톨루엔과 벤젠을 사용한 본 연구에서는 톨루엔과 벤젠이 활성탄에 강하게 흡착된 경우이므로 용매회수를 위해 TSA 공정을 사용하였다. TSA공정을 이용하여 톨루엔과 벤젠의 활성탄에 대한 흡·탈착 실험을 고정층 칼럼에서 수행하였고, 활성탄에서의 흡착 과 재생시간 및 재생성능 비교를 위해 활성탄소섬유에서 동일한 조건으로 실험을 수행하였다.
톨루엔과 벤젠의 흡착실험을 통해서 톨루엔의 흡착량은 많았지만, 재생성은 벤젠이 우수함을 알 수 있었다. 흡착질의 농도가 증가할수록 물질전달구간이 짧아졌으며, 흡착파과시간도 빨라졌다. 수치적분으로 구한 각 농도에서의 흡착량을 Langmuir-Freundlich 식으로 fitting하여 흡착평형곡선을 얻었으며, 주어진 농도 범위에서 실험값과 잘 일치함을 볼 수 있었다.
톨루엔과 벤젠의 탈착실험을 통해서 톨루엔이 벤젠보다 물질전달구간이 길어졌으며, 재생시간도 늘어남을 알 수 있었다. 유량과 온도를 증가시킴에 따라 재생시간은 짧아졌고, 물질전달구간도 줄어들었으며, roll-up높이는 재생온도가 높을수록 높아졌다. TSA공정은 에너지 다 소비 공정이므로 재생 효율을 증가시키는 것이 중요하다. 재생효율의 중요한 Factor 인 재생가스 소비량과 에너지 소비량을 구하여 최소의 에너지를 소모하는 톨루엔과 벤젠 각각의 최적재생가스온도를 구하였다.
활성탄과 활성탄소섬유에서 톨루엔과 벤젠의 흡·탈착 실험을 통해서 톨루엔과 벤젠의 흡·탈착 거동이 두 흡착제에서 거의 비슷함을 알 수 있었다. 이것은 활성탄과 활성탄소섬유의 비표면적과 20Å이하의 미세공 발달정도가 거의 비슷하기 때문이라 사료된다.
Volatile organic compounds (VOCs) are one of the most common pollutants emitted by the chemical process industries. VOCs react in sunlight with other pollutants such as nitrogen oxides to form an ozone and the other compounds (known as photochemical oxidants) which make up photochemical smog. Since ...
Volatile organic compounds (VOCs) are one of the most common pollutants emitted by the chemical process industries. VOCs react in sunlight with other pollutants such as nitrogen oxides to form an ozone and the other compounds (known as photochemical oxidants) which make up photochemical smog. Since the solvent molecules show high affinity on the solid surface even at very low partial pressures, TSA has been commonly used in systems designed for solvent recovery. The adsorption-desorption experiment of VOC on activated carbon by TSA process was made. To compare the adsorption saturation time, the regeneration time and the regeneration ability on activated carbon, the adsorption-desorption experiments of activated carbon fiber were carried out in nearly the same conditions.
From the fixed bed adsorption, the following conclusions were withdrawn. Because adsorption affinity of toluene was stronger than benzene, the capacity of toluene adsorption was larger than benzene, but benzene had good regeneration ability. As the adsorbate concentration was increased, mass transfer zone was shortened. Thus, a short time was required for reaching the bed saturation. The epuilibrium isotherms of toluene and benzene on activated carbon were in good agreement with the Langmuir-Freundlich equation.
From the fixed bed desorption, the following conclusions were withdrawn. Because adsorption affinity of toluene was stronger than benzene, the regeneration time was increased and mass transfer zone was widened. As the regeneration temperature was increased, the height of the roll-up value and the sharpness of the concentration curves increased. Thus, the regeneration time was decreased. This fact was to be expected since the adsorbent could be heated faster at a higher regeneration temperature. Since TSA was energy intensively process, the most important factor was to increase the energy efficiency. In the discussion of regeneration efficiency, the purge gas consumption and the energy requirement were the most important parameters. After calculating purge gas consumption and energy requirement, the optimum purge gas temperatures of toluene and benzene were concluded.
From the fixed bed adsorption-desorption on activated carbon and activated carbon fiber, the following conclusion were withdrawn. Because surface area and micro pore size distribution were nearly the same in activated carbon and activated carbon fiber, adsorption-desorption behaviors of toluene and benzene on both adsorbents were nearly the same.
Volatile organic compounds (VOCs) are one of the most common pollutants emitted by the chemical process industries. VOCs react in sunlight with other pollutants such as nitrogen oxides to form an ozone and the other compounds (known as photochemical oxidants) which make up photochemical smog. Since the solvent molecules show high affinity on the solid surface even at very low partial pressures, TSA has been commonly used in systems designed for solvent recovery. The adsorption-desorption experiment of VOC on activated carbon by TSA process was made. To compare the adsorption saturation time, the regeneration time and the regeneration ability on activated carbon, the adsorption-desorption experiments of activated carbon fiber were carried out in nearly the same conditions.
From the fixed bed adsorption, the following conclusions were withdrawn. Because adsorption affinity of toluene was stronger than benzene, the capacity of toluene adsorption was larger than benzene, but benzene had good regeneration ability. As the adsorbate concentration was increased, mass transfer zone was shortened. Thus, a short time was required for reaching the bed saturation. The epuilibrium isotherms of toluene and benzene on activated carbon were in good agreement with the Langmuir-Freundlich equation.
From the fixed bed desorption, the following conclusions were withdrawn. Because adsorption affinity of toluene was stronger than benzene, the regeneration time was increased and mass transfer zone was widened. As the regeneration temperature was increased, the height of the roll-up value and the sharpness of the concentration curves increased. Thus, the regeneration time was decreased. This fact was to be expected since the adsorbent could be heated faster at a higher regeneration temperature. Since TSA was energy intensively process, the most important factor was to increase the energy efficiency. In the discussion of regeneration efficiency, the purge gas consumption and the energy requirement were the most important parameters. After calculating purge gas consumption and energy requirement, the optimum purge gas temperatures of toluene and benzene were concluded.
From the fixed bed adsorption-desorption on activated carbon and activated carbon fiber, the following conclusion were withdrawn. Because surface area and micro pore size distribution were nearly the same in activated carbon and activated carbon fiber, adsorption-desorption behaviors of toluene and benzene on both adsorbents were nearly the same.
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