대부분의 전통적인 수소 생산방법은 CO₂ 가스가 방출되는 문제를 지니고 있어서 최근에 탄화수소의 열분해에 의한 수소의 생산방법이 주목을 받고 있다. 이러한 탄화수소 분해공정에서 사용된 촉매의 고무 강화제로의 응용은 순 수소 생산비용을 상당히 줄일 수 있으므로 카본블랙이 주로 촉매로 사용된다. 수소 생산비용의 절감을 목적으로 탄화수소 분해반응의 다른 조업조건들에서 사용된, 예를들어 분해온도, ...
대부분의 전통적인 수소 생산방법은 CO₂ 가스가 방출되는 문제를 지니고 있어서 최근에 탄화수소의 열분해에 의한 수소의 생산방법이 주목을 받고 있다. 이러한 탄화수소 분해공정에서 사용된 촉매의 고무 강화제로의 응용은 순 수소 생산비용을 상당히 줄일 수 있으므로 카본블랙이 주로 촉매로 사용된다. 수소 생산비용의 절감을 목적으로 탄화수소 분해반응의 다른 조업조건들에서 사용된, 예를들어 분해온도, 반응시간 및 탄화수소 전구체의 변화에 따른 다양한 카본블랙들이 두 가지 고무 매트릭스에 혼합되었다. 메탄의 분해반응에서 카본블랙의 비표면적은 카본블랙 입자의 표면에 형성된 탄소 침적물로 인해 무게 증가가 낮은 수준에서 증가하였지만, 보다 높은 수준의 무게 증가에서는 카본블랙의 입자의 응집 효과로 인하여 비표면적은 다시 감소하였다. 메탄과 프로판의 혼합물의 분해에서도 같은 경향을 보였다. 하지만 프로판의 분해반응에서는 카본블랙의 비표면적은 무게 증가가 커질수록 감소하는 경향만 나타내었다. 같은 함량의 카본블랙이 혼합되었을 때, 메탄 및 메탄과 프로판의 혼합물의 분해에서 낮은 수준의 무게증가를 갖는 카본블랙이 충진된 복합재에서 반응전 원래의 카본블랙이 충진된 복합재보다 높은 인장강도를 보였지만 모듈러스에서는 거의 차이가 없었다. 카본블랙 충진제 함량이 증가할수록 NBR 고무에서는 인장강도가 증가하는 경향을 나타내었으나, SBR 고무에서는 40 phr에서 가장 높은 값을 보이고 그 이상에서는 다시 감소하였다. 복합재의 비저항 값은 메탄 및 메탄과 프로판의 혼합물의 분해에서 낮은 수준의 무게증가를 갖는 카본블랙이 충진된 복합재에서 낮은 값을 나타내어 정전기를 잘 방산할 수 있음을 보였다. 카본블랙 충진 효과에 대한 연구를 심화시키기 위하여 원래의 카본블랙을 열처리 및 산/알카리 처리를 수행하였다. 이러한 표면 처리에 의해 비표면적은 증가하였으나, 비저항 값은 큰 변화가 없었다. 열처리된 카본블랙이 충진된 복합재는 반응전 원래의 카본블랙이 충진된 복합재보다 높은 인장강도와 연신율을 나타내었다. 산처리된 카본블랙이 충진된 복합재는 반응전 원래의 카본블랙이 충진된 복합재 보다 높은 인장강도를 보였지만 연신율을 유사한 값을 나타내었다. 카본블랙 충진제 함량이 증가할수록 인장강도와 연신율은 증가하여 30-40 phr에서 가장 높은 값을 보이고 그 이상에서는 다시 감소하였지만, 모듈러스는 계속해서 증가하는 경향을 나타내었다. 열처리된 카본블랙이 충진된 복합재는 반응전 원래의 카본블랙이 충진된 복합재와 비슷한 값의 모듈러스를 보였지만, 산/알카리 처리된 카본블랙이 충진된 복합재는 반응전 원래의 카본블랙이 충진된 복합재보다 높은 모듈러스를 나타내었다. 표면 처리로 인해 보강 효과에서 중요한 역할을 하는 기능기들이 변했다고 설명할 수 있었다.
대부분의 전통적인 수소 생산방법은 CO₂ 가스가 방출되는 문제를 지니고 있어서 최근에 탄화수소의 열분해에 의한 수소의 생산방법이 주목을 받고 있다. 이러한 탄화수소 분해공정에서 사용된 촉매의 고무 강화제로의 응용은 순 수소 생산비용을 상당히 줄일 수 있으므로 카본블랙이 주로 촉매로 사용된다. 수소 생산비용의 절감을 목적으로 탄화수소 분해반응의 다른 조업조건들에서 사용된, 예를들어 분해온도, 반응시간 및 탄화수소 전구체의 변화에 따른 다양한 카본블랙들이 두 가지 고무 매트릭스에 혼합되었다. 메탄의 분해반응에서 카본블랙의 비표면적은 카본블랙 입자의 표면에 형성된 탄소 침적물로 인해 무게 증가가 낮은 수준에서 증가하였지만, 보다 높은 수준의 무게 증가에서는 카본블랙의 입자의 응집 효과로 인하여 비표면적은 다시 감소하였다. 메탄과 프로판의 혼합물의 분해에서도 같은 경향을 보였다. 하지만 프로판의 분해반응에서는 카본블랙의 비표면적은 무게 증가가 커질수록 감소하는 경향만 나타내었다. 같은 함량의 카본블랙이 혼합되었을 때, 메탄 및 메탄과 프로판의 혼합물의 분해에서 낮은 수준의 무게증가를 갖는 카본블랙이 충진된 복합재에서 반응전 원래의 카본블랙이 충진된 복합재보다 높은 인장강도를 보였지만 모듈러스에서는 거의 차이가 없었다. 카본블랙 충진제 함량이 증가할수록 NBR 고무에서는 인장강도가 증가하는 경향을 나타내었으나, SBR 고무에서는 40 phr에서 가장 높은 값을 보이고 그 이상에서는 다시 감소하였다. 복합재의 비저항 값은 메탄 및 메탄과 프로판의 혼합물의 분해에서 낮은 수준의 무게증가를 갖는 카본블랙이 충진된 복합재에서 낮은 값을 나타내어 정전기를 잘 방산할 수 있음을 보였다. 카본블랙 충진 효과에 대한 연구를 심화시키기 위하여 원래의 카본블랙을 열처리 및 산/알카리 처리를 수행하였다. 이러한 표면 처리에 의해 비표면적은 증가하였으나, 비저항 값은 큰 변화가 없었다. 열처리된 카본블랙이 충진된 복합재는 반응전 원래의 카본블랙이 충진된 복합재보다 높은 인장강도와 연신율을 나타내었다. 산처리된 카본블랙이 충진된 복합재는 반응전 원래의 카본블랙이 충진된 복합재 보다 높은 인장강도를 보였지만 연신율을 유사한 값을 나타내었다. 카본블랙 충진제 함량이 증가할수록 인장강도와 연신율은 증가하여 30-40 phr에서 가장 높은 값을 보이고 그 이상에서는 다시 감소하였지만, 모듈러스는 계속해서 증가하는 경향을 나타내었다. 열처리된 카본블랙이 충진된 복합재는 반응전 원래의 카본블랙이 충진된 복합재와 비슷한 값의 모듈러스를 보였지만, 산/알카리 처리된 카본블랙이 충진된 복합재는 반응전 원래의 카본블랙이 충진된 복합재보다 높은 모듈러스를 나타내었다. 표면 처리로 인해 보강 효과에서 중요한 역할을 하는 기능기들이 변했다고 설명할 수 있었다.
Conventional processes of hydrogen production are among major producers of CO₂ emissions. CO₂-free production of hydrogen via thermocatalytic decomposition of hydrocarbon has under a hot discussion these years. During hydrogen decomposition process, carbon blacks were chosen as the main catalysts be...
Conventional processes of hydrogen production are among major producers of CO₂ emissions. CO₂-free production of hydrogen via thermocatalytic decomposition of hydrocarbon has under a hot discussion these years. During hydrogen decomposition process, carbon blacks were chosen as the main catalysts because the application of these spent carbon blacks in reinforcement of rubber could substantially reduce the net cost of hydrogen production. With the aim of finding suitable conditions for decomposition reaction to cut down the net cost for hydrogen production, carbon blacks after used as catalysts in hydrocarbon decomposition under different operation conditions (such as decomposition temperature, reaction time, and hydrocarbon precursor) were mixed with different rubber matrixes. The specific surface area of carbon black increased with low weight gain in methane decomposition caused by carbon deposits on the surface of carbon black particles, and the decrease of specific surface area with further weight gain might be caused by the carbon particles adhering to each other. The same result was obtained for mixture gas of methane and propane decomposition. The specific surface area of carbon black always decreased with the development of propane decomposition reaction. At the same loading ratio, the carbon black/rubber composites filled by carbon blacks with low weight gain in methane and methane-propane mixture gas decomposition showed higher tensile strength than those filled by raw carbon blacks, but there was no significant differences in modulus at 300% strain. With the increase of carbon blacks loading ratio in all composites, the tensile strength always increased for NBR, but it showed maximum values at 40 phr for SBR. The surface resistivity of composites showed that it was much easier for carbon blacks with low weight gain in methane and methane-propane mixture gas decomposition to dissipate well in the in rubber system. To gain further investigation in the reinforcement action of carbon blacks, the raw carbon blacks were treated by heat, acid and base, respectively. Although specific surface area of carbon blacks increased after surface modification, there were no obvious changes in resistivity. The composites filled by heat and base treated carbon blacks showed higher tensile strength and elongation than those filled by raw blacks. The acid treated carbon blacks filled composites also showed higher tensile strength, but similar elongation values with those filled by raw blacks. With increasing loading ratio, both tensile strength and elongation increased, and appeared a maximum value at 30-40 phr. Modulus at 300% strain remained increasing with further loading. The heat treated black filled composites showed similar modulus values with the composites filled by raw blacks, but for the base and acid treated black filled composites much higher values were obtained. After surface modification, the functional groups which played an important role in reinforcement action were changed.
Conventional processes of hydrogen production are among major producers of CO₂ emissions. CO₂-free production of hydrogen via thermocatalytic decomposition of hydrocarbon has under a hot discussion these years. During hydrogen decomposition process, carbon blacks were chosen as the main catalysts because the application of these spent carbon blacks in reinforcement of rubber could substantially reduce the net cost of hydrogen production. With the aim of finding suitable conditions for decomposition reaction to cut down the net cost for hydrogen production, carbon blacks after used as catalysts in hydrocarbon decomposition under different operation conditions (such as decomposition temperature, reaction time, and hydrocarbon precursor) were mixed with different rubber matrixes. The specific surface area of carbon black increased with low weight gain in methane decomposition caused by carbon deposits on the surface of carbon black particles, and the decrease of specific surface area with further weight gain might be caused by the carbon particles adhering to each other. The same result was obtained for mixture gas of methane and propane decomposition. The specific surface area of carbon black always decreased with the development of propane decomposition reaction. At the same loading ratio, the carbon black/rubber composites filled by carbon blacks with low weight gain in methane and methane-propane mixture gas decomposition showed higher tensile strength than those filled by raw carbon blacks, but there was no significant differences in modulus at 300% strain. With the increase of carbon blacks loading ratio in all composites, the tensile strength always increased for NBR, but it showed maximum values at 40 phr for SBR. The surface resistivity of composites showed that it was much easier for carbon blacks with low weight gain in methane and methane-propane mixture gas decomposition to dissipate well in the in rubber system. To gain further investigation in the reinforcement action of carbon blacks, the raw carbon blacks were treated by heat, acid and base, respectively. Although specific surface area of carbon blacks increased after surface modification, there were no obvious changes in resistivity. The composites filled by heat and base treated carbon blacks showed higher tensile strength and elongation than those filled by raw blacks. The acid treated carbon blacks filled composites also showed higher tensile strength, but similar elongation values with those filled by raw blacks. With increasing loading ratio, both tensile strength and elongation increased, and appeared a maximum value at 30-40 phr. Modulus at 300% strain remained increasing with further loading. The heat treated black filled composites showed similar modulus values with the composites filled by raw blacks, but for the base and acid treated black filled composites much higher values were obtained. After surface modification, the functional groups which played an important role in reinforcement action were changed.
주제어
#carbon black composites surface area mechanical properties 카본블랙
학위논문 정보
저자
따이슈앙예
학위수여기관
명지대학교 일반대학원
학위구분
국내석사
학과
나노공학과
발행연도
2007
총페이지
ⅶ, 62 p.
키워드
carbon black composites surface area mechanical properties 카본블랙
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