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- 5468X 10-2)를 사용하여 액체질소의 부피로 환산하였다. 세공지름(pore diameter, A)에 데한 세공부피 (crfgi)의 분포 계산은 slit-pore geometry로 가정하여 탄소의 미세공분포에 가장 많이 이용되는 H.-K.
제안 방법
- 흡착질의 포화 증기 압 하에서 다 공성 고체의 세공부피(Vp)를 구하면 상대 압력 1에서 흡착량은 흡착질에 따라 변하지만 세공 부피는 일정하므로 흡착질은 액체 상태에서 세공을 채우고 미세기공 내에서 모세관 응축이 일어남을 의미한다. 20전 세공부피를 구하기 위하여 흡탈착등온선에서거의 모든 세공이 채워지고 외부 표면에 홉착이 일어나기 시작할 때의 흡착량, 즉 상대 압력이 1에 충분히 가까울 때의 흡착량을 구하여 세공부피를 계산한 결과와 비 표면적, 미세공 분석 및 t-method를 이용하여 세공의 모든 표면적 값을 계산하고 시판 활성탄소섬유 제품 (KF-1500)의 실험 결과도 포함하여 요약한 결과는 Table 1과 같다.
- g!fe 비 표면적 측정장치 (Micromeritics, ASAP2400, USA)를사용하여 액체질소 온도(77.4 K)에서 질소의 홉- 탈착등온선스로부터 구하였고 기공 크기 분포는 액체 아르곤 온도(87.3 ℃에서 아르곤의 홉. 탈착 등 온선으로부터 계산하였다.
- 162 nm2, 및 0.154 nn?를 데입하여 계산하였고 총 세공부피는 p/p。~0.99 부근의 홉 착 부피를 밀도환산계수CM: 1.5468X 10-2)를 사용하여 액체질소의 부피로 환산하였다. 세공지름(pore diameter, A)에 데한 세공부피 (crfgi)의 분포 계산은 slit-pore geometry로 가정하여 탄소의 미세공분포에 가장 많이 이용되는 H.
- 각 공정의 제어조건에 따라서 산화율(burn-off)에 따른 활성탄소섬유의 비표면적과 액상요오드홉착력을 분석하였다. 원료 섬유의 탄화 및 활성화 과정에서 상당량의 무게감소가 일어나며 이것을 산화율(bum-off)이라 한다.
- 034-log(P/Po))r5)i- 사용하여 주어진 범위에서의 기울기로부터 중 . 대기공을 포함한 외부표면적 (external surface area)을 구하였고 BET 비 표면적으로부터 외부 비표면적을 뺀 값으로 미세기 공 표면적을 구하였다 미세 기공 부피는 t-plot 직선의 절편 값으로부터 구하였다.
- 따라서 본 실험에서 비표면적의 차이가 나는 활성탄소 섬 유 4종(7191CBUNOL, SBET~ 2,000 m2/g: 5281 CBUCP10 and 5281CBUVC73, Sbet ~ 1,500 m2/g; 6021CBUVC73, Sbet 1, 120 m%g)에 대해 미세기공 분석 (MP analysis)을 검토하였고 Fig. 5는 미세기공 분포 결과를 나타내고 있다. 페놀수지계 활성탄소섬유 (CBUNOL) 및 일부 제품(Lot.
- 본 실험에서 활성탄소섬유 제조는 원료섬유의 선택, 부직포 가공 및 내염, 탈수처리, 탄화 및 활성화, 냉각, 세척, 건조단계를 거쳐 제조하였으며 Fig. 1과 같이 요약하였다. 탄화 및 활성화 과정 중 분사기체로는 고압 수증기를 사용하였다.
- 본 실험에서는 연구진이 자체 개발한 활성탄소 섬유의 pilot 급 제조시설을 이용하여 식물섬유, 합성섬유, 혼합섬유의 가공부직포를 원료로 사용하여 비표면적등급별로 3종의 활성탄소섬유 시 제품을 만들고 이들에 대하여 등온 흡착곡선, 비표면적, 미세공부피 등을 측정하고 미세기공 분석과 액상요오드흡착 실험을 통하여 제조한 활성탄소섬유의 세공 구조 및 홉착 특성을 분석하였다.
- 식물섬유, 합성섬유, 혼합섬유 등을 사용하여 비 표면적 차이가 나는 3등급의 활성탄소섬유(A급, 1, 500~ 2, 000 m'7g; B급, 1,500-1,000 m7g; C급, 1, 000~ 7, 000 m2/g)t- 제조하였다.이들 시제품들은 미세기공 분석 결과 세 공지름 ~10 A 미만에서 미세기공분포가 예민하고 단일 봉우리만을 나타내며 봉우리의 지름이 5.
- 3 ℃에서 아르곤의 홉. 탈착 등 온선으로부터 계산하였다. 시료를 2.
- 원료 섬유로 주로 식물성 섬유로 면(cotton), 합성섬유는 비스코스 레이온음 사용하였고, 혼합섬유는 식물섬유와 합성섬유를 일정 비율로 혼합 가공한 부직포를 재료로 사용하였다. 한편 제품의 비교용으로 시판 페놀수지섬유(Kynol무)를 원로로 사용하여 본 실험장치에서 활성탄소섬유을 제조하여 세공구조 및 홉착 특성을 비교하였다. 활성탄소섬유의 원료 (precursor) 별로 페놀수지계 (CBUN0L), 면 섬유계 (CBUCP), 비스 코스레이온계 (CBUVP) 및 혼합섬유계 (CBUVC)로 구분하여 표시하였으며 이들 중 몇 가지의 주사전자현미경(SEM) 사진은 Fig.
- 한편 제품의 비교용으로 시판 페놀수지섬유(Kynol무)를 원로로 사용하여 본 실험장치에서 활성탄소섬유을 제조하여 세공구조 및 홉착 특성을 비교하였다. 활성탄소섬유의 원료 (precursor) 별로 페놀수지계 (CBUN0L), 면 섬유계 (CBUCP), 비스 코스레이온계 (CBUVP) 및 혼합섬유계 (CBUVC)로 구분하여 표시하였으며 이들 중 몇 가지의 주사전자현미경(SEM) 사진은 Fig. 2와 같다. 섬유의 외관이 고르며 평균 외경 20 pm 이하의 균질한 제품임을 확인하였다.
대상 데이터
- , Model MSB-1511D), 원심분리기(Hanil, HMT 601 V)을 사용하였다. 본 실험에 사용한 시약은 모두 분석급 시약을 그대로 사용하였으며, 액상흡착 실험에 사용한 ACF 는 탈회 처리하지 않고 실험 직전 403 K에서 3시간 이상 활성화시킨 다음 실험 재료로 사용하였다.
- 시험방법에 준하여 시험하였다. 본 실험에 사용한 장치는 항온건조기(Johnson 사, Forced Convection oven), Shaking Incubator(Monotech Co., Model MSB-1511D), 원심분리기(Hanil, HMT 601 V)을 사용하였다. 본 실험에 사용한 시약은 모두 분석급 시약을 그대로 사용하였으며, 액상흡착 실험에 사용한 ACF 는 탈회 처리하지 않고 실험 직전 403 K에서 3시간 이상 활성화시킨 다음 실험 재료로 사용하였다.
- 탄화 및 활성화 과정 중 분사기체로는 고압 수증기를 사용하였다. 원료 섬유로 주로 식물성 섬유로 면(cotton), 합성섬유는 비스코스 레이온음 사용하였고, 혼합섬유는 식물섬유와 합성섬유를 일정 비율로 혼합 가공한 부직포를 재료로 사용하였다. 한편 제품의 비교용으로 시판 페놀수지섬유(Kynol무)를 원로로 사용하여 본 실험장치에서 활성탄소섬유을 제조하여 세공구조 및 홉착 특성을 비교하였다.
- 1과 같이 요약하였다. 탄화 및 활성화 과정 중 분사기체로는 고압 수증기를 사용하였다. 원료 섬유로 주로 식물성 섬유로 면(cotton), 합성섬유는 비스코스 레이온음 사용하였고, 혼합섬유는 식물섬유와 합성섬유를 일정 비율로 혼합 가공한 부직포를 재료로 사용하였다.
이론/모형
- -K.-computation 법 (Horvath and Kawazoe, 1983)17을 적용하였다. t-methoc/는 Harkins-Jura 식 (t=(13.
- 탈착 등 온선으로부터 계산하였다. 시료를 2.7x10-3 kPa 이하로 유지한 진공 하에서 573 K에서 탈기한 다음 상대 압력 (p/pj 변화에 따른 흡착부피 (#, cm3g-1)를 구하고 질소흡착 단일 층 (monolayer)의 부피(Vm, cm3g-1)는 BET 법 (Brunauei; Emmett and teller)16에 따라 계산하였다. 대부분 미세기공으로 채워진 ACF는 활성탄(AC; activated carbon) 의 경우와 마찬가지로 p/p„<0.
- 요오드 흡착력 시험은 한국산업규격(KS M 1802) 활성탄 시험방법에 준하여 시험하였다. 본 실험에 사용한 장치는 항온건조기(Johnson 사, Forced Convection oven), Shaking Incubator(Monotech Co.
성능/효과
- 6과 같다. 본 활성탄소섬유 시 제품들은 모두 세 공지름 8A 미만에서 세공부피는 크게 차이가 나지 않으나 세공 지름이 점점 더 커져서 8~20 A 크기의 미세기공에서 페놀수지계 활성탄소섬유가 크게 증가함을 알 수 있다. 따라서 활성탄소섬유의 제조에 있어서 원료섬유의 가공 형태에 따라서 탄화 및 활성화 과정에서 기공형성의 발현이 어떻게 차이나는지에 대한 검토가 더 필요하리라 보여진다.
- 본 활성탄소섬유 시제품은 일부(Lot. No. 5281 CBUVC73)를 제외하면 시판 비스코스레이온계 활성탄소 섬유(KF-1500, Tyoyobo Co, )와 마찬가지로 모두 미세공 분포가 예민하고 10A 미만의 미세기공 또는 초미세 공이 잘 발달되어 있다고 결론 내릴 수 있다. 그러나 페놀수지계 활성탄소섬유는 본 실험에서 비표면적과 액상 요오드 홉착능력이 큰 반면 중기공 또는 일부 거대기공도 다량 포함되어 있는 결과를 보이므로 요오드 외에 다른 여러 가지 홉착 질들에 데한 기상 및 액상흡착실험 결과를 검토하여 홉착 특성 평가에 대한 연구가 계속 검토되어져야 하리라 사료된다.
- 2와 같다. 섬유의 외관이 고르며 평균 외경 20 pm 이하의 균질한 제품임을 확인하였다.
- 원료 섬유의 탄화 및 활성화 과정에서 상당량의 무게감소가 일어나며 이것을 산화율(bum-off)이라 한다. 이 실험에서 제조한 활성탄소섬유 시 제품 30여 종의 burn-off 정도와 비표면적(Sbet)의 상관관계는 제조원료와 무관하게 Fig. 3에서와 같이 대체적으로 burn-off 의 증가는 비표면적의 증가와 비례적인 경향을 나타내었다. 비표면적, 1,000 m2g-1정도의 활성탄소섬유를 얻기 위해서는 산화율이 최소한 70% 이상임을 알 수 있다.
- 000 m2/g)t- 제조하였다.이들 시제품들은 미세기공 분석 결과 세 공지름 ~10 A 미만에서 미세기공분포가 예민하고 단일 봉우리만을 나타내며 봉우리의 지름이 5.3 ~ 5.8으로 미세기공지름 분포가 고르고 기공이 잘 발달한 제품임을 나타내었다. 페놀섬유계 활성탄소 섬유는 비 표면적이 상대적으로 크지만 면섬유, 비스코스레이온 계 및 혼합섬유계 ACF에 비하여 중 기공 및 거대기공도 상대적으로 더 많은 부분 포함되어 있음을 확인하였다.
- 페놀섬유계 활성탄소 섬유는 비 표면적이 상대적으로 크지만 면섬유, 비스코스레이온 계 및 혼합섬유계 ACF에 비하여 중 기공 및 거대기공도 상대적으로 더 많은 부분 포함되어 있음을 확인하였다. 제조조건에 따른 산화율(burn-oft)은 BET 비 표면적에 비례하여 증가하는 경향을 보여주었고 질소 및 아르곤의 기상흡착으로부터 구한 BET 비 표면적과 액상 요오드홉착량 사이에는 비례적인 상관관계를 나타내었다.
- 8으로 미세기공지름 분포가 고르고 기공이 잘 발달한 제품임을 나타내었다. 페놀섬유계 활성탄소 섬유는 비 표면적이 상대적으로 크지만 면섬유, 비스코스레이온 계 및 혼합섬유계 ACF에 비하여 중 기공 및 거대기공도 상대적으로 더 많은 부분 포함되어 있음을 확인하였다. 제조조건에 따른 산화율(burn-oft)은 BET 비 표면적에 비례하여 증가하는 경향을 보여주었고 질소 및 아르곤의 기상흡착으로부터 구한 BET 비 표면적과 액상 요오드홉착량 사이에는 비례적인 상관관계를 나타내었다.
후속연구
- 5281 CBUVC73)를 제외하면 시판 비스코스레이온계 활성탄소 섬유(KF-1500, Tyoyobo Co, )와 마찬가지로 모두 미세공 분포가 예민하고 10A 미만의 미세기공 또는 초미세 공이 잘 발달되어 있다고 결론 내릴 수 있다. 그러나 페놀수지계 활성탄소섬유는 본 실험에서 비표면적과 액상 요오드 홉착능력이 큰 반면 중기공 또는 일부 거대기공도 다량 포함되어 있는 결과를 보이므로 요오드 외에 다른 여러 가지 홉착 질들에 데한 기상 및 액상흡착실험 결과를 검토하여 홉착 특성 평가에 대한 연구가 계속 검토되어져야 하리라 사료된다.
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