본 연구에서는 높은 수분함량과 처리 시 환경문제가 발생하는 커피찌꺼기의 재활용 처리방법으로 저온 열수가압탄화(Hydrothermal Carbonization, HTC) 공법을 적용하여 Biochar를 생성하였으며 Biochar의 흡착 성능을 중점으로 최적 생성 조건 도출하였다. 또한 Biochar의 미세세공을 활성화하기 위해 KOH를 사용하여 화학적 활성화를 시켜 Activated Biochar를 생성하여 중금속 및 VOCs의 흡착제로써의 가능성을 평가하기 위하여 Biochar와 Activated Biochar를 비교 연구하였다. 먼저 HTC를 이용한 Biochar 생성에 사용된 커피찌꺼기와 다른 지점에서 채취한 커피찌꺼기 성상의 유사성을 판단하기 위해 물리·화학적 분석을 수행한 결과, 유사한 성상이 나타났기 때문에 대표성을 지니는 것으로 판단되며 법적 기준치를 모두 충족하였다. HTC 공법을 이용하여 생성한 커피찌꺼기 Biochar의 최적 생성 조건 도출에 대한 첫 번째 Batch Test를 진행하였으며, HTC 반응 조건을 고려하여 1 ~ 4 시간의 범위에서 최적 ...
본 연구에서는 높은 수분함량과 처리 시 환경문제가 발생하는 커피찌꺼기의 재활용 처리방법으로 저온 열수가압탄화(Hydrothermal Carbonization, HTC) 공법을 적용하여 Biochar를 생성하였으며 Biochar의 흡착 성능을 중점으로 최적 생성 조건 도출하였다. 또한 Biochar의 미세세공을 활성화하기 위해 KOH를 사용하여 화학적 활성화를 시켜 Activated Biochar를 생성하여 중금속 및 VOCs의 흡착제로써의 가능성을 평가하기 위하여 Biochar와 Activated Biochar를 비교 연구하였다. 먼저 HTC를 이용한 Biochar 생성에 사용된 커피찌꺼기와 다른 지점에서 채취한 커피찌꺼기 성상의 유사성을 판단하기 위해 물리·화학적 분석을 수행한 결과, 유사한 성상이 나타났기 때문에 대표성을 지니는 것으로 판단되며 법적 기준치를 모두 충족하였다. HTC 공법을 이용하여 생성한 커피찌꺼기 Biochar의 최적 생성 조건 도출에 대한 첫 번째 Batch Test를 진행하였으며, HTC 반응 조건을 고려하여 1 ~ 4 시간의 범위에서 최적 반응 시간과 180 ~ 300 ℃의 범위에서 최적 반응 온도에 대한 수율과 요오드 흡착 성능을 평가하였다. 그 결과 260 ℃에서 1 시간 반응 시 수율 약 74.11 %, 요오드 흡착 성능 약 687.11 mg/L으로 가장 높은 값을 나타내고 있다. 따라서 일반적으로 커피찌꺼기를 사용한 HTC 최적 반응 조건은 260 ℃에서 1시간 반응 시 흡착제로써의 사용 가능성을 높일 수 있다고 본다. 최적 생성 조건의 Biochar를 화학적 활성화시키기 위해 KOH를 활성화제로 사용하였으며, 마찬가지로 수율과 요오드 흡착 성능을 분석하여 두 번째 Batch Test를 진행하였다. 두 번째 Batch Test 결과 최적 활성화 온도는 약 700 ℃, Biochar와 KOH의 최적 혼합 비율 1 : 0.5, 최적 활성화 시간은 1 시간에서 요오드 흡착 성능이 1105.33 mg/g으로 나타났으며 이는 입상 활성탄 공업규격의 1급(1,100 mg/g 이상)에 충족되는 값이다. 커피찌꺼기, Biochar, Activated Biochar의 흡착제로써 활용 가능성을 평가하기 위해 중금속 및 VOCs 흡착 실험을 수행하였으며 중금속 흡착 실험의 대조군으로써 현재 시판되고 있는 분말활성탄(KANTO, Charcoal Activated, powder, PAC)을, VOCs 흡착 실험의 대조군으로써 입상활성탄(Sigma-Aldrich, Activated Charcoal untreated, granular, GAC)을 추가하여 비교 실험을 수행하였다. 중금속 흡착 실험에서 사용된 중금속은 구리(Cu), 납(Pb), 카드뮴(Cd)이며 이들을 혼합 후 100 mg/L로 조제하여 12 시간 동안 Column Test를 수행하였다. 그 결과 중금속은 납(Pb) > 구리(Cu) > 카드뮴(Cd) 순으로 흡착 효율을 보였으며 흡착제 종류별 흡착 효율은 Activated Biochar > PAC > Biochar·커피찌꺼기 순으로 나타나 본 실험을 통해 Activated Biochar가 가장 높은 흡착 효율을 평가할 수 있었다. VOCs 흡착 실험에서는 농도 200 ppm의 톨루엔 가스를 사용하여 300 분 동안 흡착을 하였으며, 흡착 물질이 가스인 점을 고려하여 분말 형태의 활성탄이 아닌 입상 형태의 활성탄을 사용하여 흡착 실험을 수행하였다. 그 결과 Biochar와 커피찌꺼기는 톨루엔 가스의 제거율이 거의 없는 반면, 실험 시작 140 분에 흡착이 종료된 GAC보다 240 분에 흡착이 종료된 Activated Biochar가 흡착 효율이 더 좋은 것으로 판단되었다. 따라서 본 연구를 통해 커피찌꺼기를 저온 열수가압탄화반응(HTC)으로 생성한 Biochar를 활성화시킨 Activated Biochar의 흡착제 적용성 평가를 수행한 결과 커피찌꺼기, Biochar, 현재 시판되는 다른 활성탄보다 단기간에 높은 효율을 보였으며, 흡착제로써의 활용 가능성이 충분하다고 판단된다.
본 연구에서는 높은 수분함량과 처리 시 환경문제가 발생하는 커피찌꺼기의 재활용 처리방법으로 저온 열수가압탄화(Hydrothermal Carbonization, HTC) 공법을 적용하여 Biochar를 생성하였으며 Biochar의 흡착 성능을 중점으로 최적 생성 조건 도출하였다. 또한 Biochar의 미세세공을 활성화하기 위해 KOH를 사용하여 화학적 활성화를 시켜 Activated Biochar를 생성하여 중금속 및 VOCs의 흡착제로써의 가능성을 평가하기 위하여 Biochar와 Activated Biochar를 비교 연구하였다. 먼저 HTC를 이용한 Biochar 생성에 사용된 커피찌꺼기와 다른 지점에서 채취한 커피찌꺼기 성상의 유사성을 판단하기 위해 물리·화학적 분석을 수행한 결과, 유사한 성상이 나타났기 때문에 대표성을 지니는 것으로 판단되며 법적 기준치를 모두 충족하였다. HTC 공법을 이용하여 생성한 커피찌꺼기 Biochar의 최적 생성 조건 도출에 대한 첫 번째 Batch Test를 진행하였으며, HTC 반응 조건을 고려하여 1 ~ 4 시간의 범위에서 최적 반응 시간과 180 ~ 300 ℃의 범위에서 최적 반응 온도에 대한 수율과 요오드 흡착 성능을 평가하였다. 그 결과 260 ℃에서 1 시간 반응 시 수율 약 74.11 %, 요오드 흡착 성능 약 687.11 mg/L으로 가장 높은 값을 나타내고 있다. 따라서 일반적으로 커피찌꺼기를 사용한 HTC 최적 반응 조건은 260 ℃에서 1시간 반응 시 흡착제로써의 사용 가능성을 높일 수 있다고 본다. 최적 생성 조건의 Biochar를 화학적 활성화시키기 위해 KOH를 활성화제로 사용하였으며, 마찬가지로 수율과 요오드 흡착 성능을 분석하여 두 번째 Batch Test를 진행하였다. 두 번째 Batch Test 결과 최적 활성화 온도는 약 700 ℃, Biochar와 KOH의 최적 혼합 비율 1 : 0.5, 최적 활성화 시간은 1 시간에서 요오드 흡착 성능이 1105.33 mg/g으로 나타났으며 이는 입상 활성탄 공업규격의 1급(1,100 mg/g 이상)에 충족되는 값이다. 커피찌꺼기, Biochar, Activated Biochar의 흡착제로써 활용 가능성을 평가하기 위해 중금속 및 VOCs 흡착 실험을 수행하였으며 중금속 흡착 실험의 대조군으로써 현재 시판되고 있는 분말활성탄(KANTO, Charcoal Activated, powder, PAC)을, VOCs 흡착 실험의 대조군으로써 입상활성탄(Sigma-Aldrich, Activated Charcoal untreated, granular, GAC)을 추가하여 비교 실험을 수행하였다. 중금속 흡착 실험에서 사용된 중금속은 구리(Cu), 납(Pb), 카드뮴(Cd)이며 이들을 혼합 후 100 mg/L로 조제하여 12 시간 동안 Column Test를 수행하였다. 그 결과 중금속은 납(Pb) > 구리(Cu) > 카드뮴(Cd) 순으로 흡착 효율을 보였으며 흡착제 종류별 흡착 효율은 Activated Biochar > PAC > Biochar·커피찌꺼기 순으로 나타나 본 실험을 통해 Activated Biochar가 가장 높은 흡착 효율을 평가할 수 있었다. VOCs 흡착 실험에서는 농도 200 ppm의 톨루엔 가스를 사용하여 300 분 동안 흡착을 하였으며, 흡착 물질이 가스인 점을 고려하여 분말 형태의 활성탄이 아닌 입상 형태의 활성탄을 사용하여 흡착 실험을 수행하였다. 그 결과 Biochar와 커피찌꺼기는 톨루엔 가스의 제거율이 거의 없는 반면, 실험 시작 140 분에 흡착이 종료된 GAC보다 240 분에 흡착이 종료된 Activated Biochar가 흡착 효율이 더 좋은 것으로 판단되었다. 따라서 본 연구를 통해 커피찌꺼기를 저온 열수가압탄화반응(HTC)으로 생성한 Biochar를 활성화시킨 Activated Biochar의 흡착제 적용성 평가를 수행한 결과 커피찌꺼기, Biochar, 현재 시판되는 다른 활성탄보다 단기간에 높은 효율을 보였으며, 흡착제로써의 활용 가능성이 충분하다고 판단된다.
In this study, a low temperature hydrothermal carbonization(HTC) reaction was applied as a recycling treatment method for coffee wastes with high moisture content and environmental problems during treatment to derive optimal generation conditions focusing on the adsorption performance of biochar. In...
In this study, a low temperature hydrothermal carbonization(HTC) reaction was applied as a recycling treatment method for coffee wastes with high moisture content and environmental problems during treatment to derive optimal generation conditions focusing on the adsorption performance of biochar. In addition, in order to confirm and evaluate the potential as an adsorbent for heavy metals and VOCs by chemically activating biochar to develop micropores, a comparative study was conducted between Biochar and Activated Biochar. Physical and chemical analysis to check the similarity between coffee wastes collected from different locations to coffee wastes used to produce Biochar was found to be representative because similarities were present and both legal standards were met. The first batch test was conducted to derive optimal generation conditions for coffee wastes created using HTC reaction and the yield and iodine adsorption performance were analyzed. The results showed that the optimal generation conditions were approximately 260℃ in reaction temperature and 1 hour in reaction time. The analysis of iodine adsorption performance showed that 382.92 mg/g was analyzed in coffee wastes, and that Biochar produced under optimal conditions was approximately 687.11 mg/g, an increase of approximately 1.79 times higher than that of coffee wastes. KOH was used as an activator to chemically activate the biochar produced under optimal conditions, and the second batch test was conducted by analyzing the yield and iodine adsorption performance. The results of the second batch test showed that the optimum activation temperature was approximately 700 ℃, the optimal mixing ratio of Biochar and KOH was 1 : 0.5, and the optimum activation time was 1105.33 mg/g of iodine adsorption performance at 1 hour. For the adsorption experiment of the generated adsorbent, heavy metals and VOCs adsorption experiments were conducted on coffee wastes, Biochar, Activated Biochar, and activated carbon (PAC and GAC) currently available as a control. The heavy metals used in the heavy metal adsorption experiment were copper (Cu), lead (Pb), and cadmium (Cd), mixed with them and prepared 100 mg/L to conduct a column test for 12 hours. As a result, heavy metals showed adsorption efficiency in the order of lead (Pb) > copper (Cu) > cadmium (Cd), and adsorption efficiency by sorbent type was shown in the order of active bichar > PAC > Biochar·coffee wastes. In the VOCs adsorption experiments, 200 ppm of toluene gas was used for 300 minutes, and the adsorption experiment was carried out using a globular activated carbon rather than a powder-type activated carbon, considering that the adsorbent was a gas. The results show that Biochar and coffee wastes have little removal rate of toluene gas, while Active Biochar, which has been adsorbed at 240 minutes, has a better adsorption efficiency than GAC which was adsorbed at 140 minutes at the start of the experiment. Therefore, in this study conducted an evaluation of the absorbent applicability of Active Biochar, which activates Biochar generated by low temperature hydrothermal carbonization reaction, and found that it was more efficient in a short period of time than coffee wastes, bichar and other active carbon(PAC and GAC).
In this study, a low temperature hydrothermal carbonization(HTC) reaction was applied as a recycling treatment method for coffee wastes with high moisture content and environmental problems during treatment to derive optimal generation conditions focusing on the adsorption performance of biochar. In addition, in order to confirm and evaluate the potential as an adsorbent for heavy metals and VOCs by chemically activating biochar to develop micropores, a comparative study was conducted between Biochar and Activated Biochar. Physical and chemical analysis to check the similarity between coffee wastes collected from different locations to coffee wastes used to produce Biochar was found to be representative because similarities were present and both legal standards were met. The first batch test was conducted to derive optimal generation conditions for coffee wastes created using HTC reaction and the yield and iodine adsorption performance were analyzed. The results showed that the optimal generation conditions were approximately 260℃ in reaction temperature and 1 hour in reaction time. The analysis of iodine adsorption performance showed that 382.92 mg/g was analyzed in coffee wastes, and that Biochar produced under optimal conditions was approximately 687.11 mg/g, an increase of approximately 1.79 times higher than that of coffee wastes. KOH was used as an activator to chemically activate the biochar produced under optimal conditions, and the second batch test was conducted by analyzing the yield and iodine adsorption performance. The results of the second batch test showed that the optimum activation temperature was approximately 700 ℃, the optimal mixing ratio of Biochar and KOH was 1 : 0.5, and the optimum activation time was 1105.33 mg/g of iodine adsorption performance at 1 hour. For the adsorption experiment of the generated adsorbent, heavy metals and VOCs adsorption experiments were conducted on coffee wastes, Biochar, Activated Biochar, and activated carbon (PAC and GAC) currently available as a control. The heavy metals used in the heavy metal adsorption experiment were copper (Cu), lead (Pb), and cadmium (Cd), mixed with them and prepared 100 mg/L to conduct a column test for 12 hours. As a result, heavy metals showed adsorption efficiency in the order of lead (Pb) > copper (Cu) > cadmium (Cd), and adsorption efficiency by sorbent type was shown in the order of active bichar > PAC > Biochar·coffee wastes. In the VOCs adsorption experiments, 200 ppm of toluene gas was used for 300 minutes, and the adsorption experiment was carried out using a globular activated carbon rather than a powder-type activated carbon, considering that the adsorbent was a gas. The results show that Biochar and coffee wastes have little removal rate of toluene gas, while Active Biochar, which has been adsorbed at 240 minutes, has a better adsorption efficiency than GAC which was adsorbed at 140 minutes at the start of the experiment. Therefore, in this study conducted an evaluation of the absorbent applicability of Active Biochar, which activates Biochar generated by low temperature hydrothermal carbonization reaction, and found that it was more efficient in a short period of time than coffee wastes, bichar and other active carbon(PAC and GAC).
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