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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 페놀수지로부터 유도된 탄소질 수분 흡수제의 질소 흡착 및 수분 흡수 특성과 SEM 모폴로지를 통하여 이들에 관한 특성을 파악하였다.
제안 방법
- 1. 탄소질 수분 흡착제의 질소흡착에 관한 연구로부터 각각의 시료에 대하여 Type Ⅱ의 흡착 등온곡선을 얻었다. 이들 시료에 대한 흡착량은 물을 사용하여 세척한 후에 감소하였다.
- 노볼락 (Novolak)형 페놀수지(강남화성)에 AgNO3 약 5% 정도로 균일하게 혼합한 후 350~400℃의 온도에서 수 시간 가열하여 1차 탄화처리하였다. 탄화처리된 이들 원료를 80 mesh 이하의 크기로 분쇄한 후 이들 탄소 물질의 질량의 3배에 해당하는 NaOH와 2배에 해당하는 Na2CO3를 골고루 혼합하여 비활성 분위기 하에서 950℃의 온도를 유지하면서 5~7시간 소성하여 탄소질 수분 흡수제를 제조하였다.
- 본 연구에서는 페놀 레진으로부터 유도된 탄소질 수분 흡착제의 질소흡착, 표면 특성 및 수분 흡착량올 통하여 물리화학적인 특성을 나타내었다.
- 수분 흡수량은 본 연구실에서 자체 제작한 장치를 이용하였으며, 임의의 공기 유속에 대하여 일정한 온도와 습도를 유지하기 위하여 습도제어기와 온도제어기를 부착하였으며, 이때 공기의 유속은 mass flow controller로 조절하였다. 이와 같은 방법으로 이미 제조된 수분 흡수제가 수분을 흡수할 수 있는 조건을 유지한 후 충분한 시간이 지난 후에 이를 꺼내어 항온, 항습이 유지된 dry box 내에서 질량을 측정하였다.
- 수분 흡수량은 본 연구실에서 자체 제작한 장치를 이용하였으며, 임의의 공기 유속에 대하여 일정한 온도와 습도를 유지하기 위하여 습도제어기와 온도제어기를 부착하였으며, 이때 공기의 유속은 mass flow controller로 조절하였다. 이와 같은 방법으로 이미 제조된 수분 흡수제가 수분을 흡수할 수 있는 조건을 유지한 후 충분한 시간이 지난 후에 이를 꺼내어 항온, 항습이 유지된 dry box 내에서 질량을 측정하였다.
- 400℃의 온도에서 수 시간 가열하여 1차 탄화처리하였다. 탄화처리된 이들 원료를 80 mesh 이하의 크기로 분쇄한 후 이들 탄소 물질의 질량의 3배에 해당하는 NaOH와 2배에 해당하는 Na2CO3를 골고루 혼합하여 비활성 분위기 하에서 950℃의 온도를 유지하면서 5~7시간 소성하여 탄소질 수분 흡수제를 제조하였다.
대상 데이터
- )을 사용하여 측정하였다. 이때 사용한 흡착질은 일본산소(주)의 99.999%의 질소 가스를 사용하였고 흡착제는 흡착량을 측정하기 전에 250℃에서 3시간 동안, 1 x 10-5 torr에서 탈기시킨 후 흡착 등온 곡선을 얻었다. 또한 각각의 수분 흡수제에 대하여 표면상태 및 표면구조를 관찰하기 위하여 전자현미경으로 JSM-5200(JEOL-Japan)을 사용하였다.
이론/모형
- 999%의 질소 가스를 사용하였고 흡착제는 흡착량을 측정하기 전에 250℃에서 3시간 동안, 1 x 10-5 torr에서 탈기시킨 후 흡착 등온 곡선을 얻었다. 또한 각각의 수분 흡수제에 대하여 표면상태 및 표면구조를 관찰하기 위하여 전자현미경으로 JSM-5200(JEOL-Japan)을 사용하였다.
- 시료에 대한 물리적 흡착 특성 및 비표면적은 부피 측정 방법으로 저온 질소 흡착장치인 Digisorb 2500(Micrometrics Instrument Co.)을 사용하여 측정하였다. 이때 사용한 흡착질은 일본산소(주)의 99.
성능/효과
- 최근에 이들의 관한 연구가 활발히 진행되고 있으나, 제올라이트 활성 알루미나, 실리카 겔과 같은 몇 가지 물질에 대한 화학적 특성 및 흡착 특성에 초점이 맞추어져 있다.1) 그러나 이들의 수분 흡착 특성은 체계적으로 자료화되지 못하였으며, 이들은 재생성이 좋지 못하기 때문에 새로운 개념의 수분 흡수제가 필요하다. 뿐만 아니라 액상 및 수용액상2)과 기존의 활성탄3,4)을 이용한 연구가 진행되고 있으나 주목할 만한 특성에 미치지 못하고 있다.
- 2. BET 식을 사용하여 계산된 Sbet 값은 수세 전에 648.7㎡/g을 나타내었고 수세 후에 189.3㎡/g을 나타내었다.
- 3. SEM 모폴로지의 결과로부터 탄소질 수분 흡착제의 표면구조는 수세 전에 침상구조를 나타내었고 수세 후에 구형입자의 성상을 관찰할 수 있었다.
- 4. 최종적으로 수분흡착 효과를 측정한 결과, 수분 흡착량은 25~63%의 흡착량을 나타내었다. 또한 이들의 효과는 낮은 상대습도에서도 좋은 특성을 보였다.
- 이와 같이 Type Ⅱ의 양상을 보이는 것은 동공의 크기가 거대동공 영역에 속하거나 흑연과 같이 판상의 구조가 겹쳐져서 공극을 형성할 때 나타나는 특성이라 할 수 있다.8) 이러한 특성을 보이는 흡착제는 탄소질 재료 중 400℃ 이하의 낮은 온도에서 활성화시킨 경우 낮은 흡착량과 함께 유사한 특성을 보였다.9) 이와 같이 Type Ⅱ의 흡착 등온 곡선의 형성은 낮은 온도에서 1차 열처리된 페놀 레진은 거대 동공을 형성하고 있음을 알 수 있다.
- 8) 이러한 특성을 보이는 흡착제는 탄소질 재료 중 400℃ 이하의 낮은 온도에서 활성화시킨 경우 낮은 흡착량과 함께 유사한 특성을 보였다.9) 이와 같이 Type Ⅱ의 흡착 등온 곡선의 형성은 낮은 온도에서 1차 열처리된 페놀 레진은 거대 동공을 형성하고 있음을 알 수 있다. 이와 같이 형성된 거대 동공은 활성화제인 NaOH와 Na2CO3에 의하여 일부의 동공 채워짐이 일어나고 또한 이미 존재하는 거대 동공과 활성화제 사이에서 형성되는 공극에 의하여 특징적인 흡착 등온곡선이 형성된 것으로 여겨진다.
- 이들 결과를 놓고 볼 때 건조 후의 각각의 시료들은 상대습도를 변화시켜준 후 모든 시료에 대하여 약 25% 이상의 수분 흡수 효과를 나타내었다. 따라서 이들 수분 흡수제는 재생성이 우수한 것으로 여겨지며, 또한 200~250℃ 이상의 온도에서 가열해 주었을 경우 가장 효과적으로 수분이 제거되는 것으로 나타났다.
- 최종적으로 수분흡착 효과를 측정한 결과, 수분 흡착량은 25~63%의 흡착량을 나타내었다. 또한 이들의 효과는 낮은 상대습도에서도 좋은 특성을 보였다.
- 이 시료에 대하여 상대습도를 50%, 30%로 유지시켜준 후 같은 방법으로 수분 흡수량을 측정한 결과, 30분 후에 54%, 45%의 흡수량을 각각 나타내었다. 수세 후에 1차 건조한 후에 수분 흡수량을 측정한 결과와 2차 건조 후에 수분 흡수량을 측정한 결과를 비교해 본 결과, 상대습도가 70%를 유지하였을 때는 2차 건조후의 결과가 우수하게 나타났으며, 상대습도가 30%일 때는 1차 건조 후의 결과가 좋은 특성을 보였다. 이들 결과를 놓고 볼 때 건조 후의 각각의 시료들은 상대습도를 변화시켜준 후 모든 시료에 대하여 약 25% 이상의 수분 흡수 효과를 나타내었다.
- 4, 5, 6에 각각 나타내었다. 약 27℃의 상온으로 온도를 유지시켜주고 상대습도를 70, 50, 30%로 변화시켜 주면서 각각의 시료들에 수분이 흡수되는 양을 측정한 결과, 수세전의 시료는 상대습도가 70%일 때 초기 수분 흡수량은 약 23% 이상을 나타내었고 30분이 지난 후에 약 63% 이상의 흡수량을 나타내었으며, 그 이후에 수분 흡수량은 크게 증가하지 않음을 보여 주었다. 이 시료에 대하여 상대습도를 50%, 30%로 유지시켜준 후 같은 방법으로 수분 흡수량을 측정한 결과, 30분 후에 54%, 45%의 흡수량을 각각 나타내었다.
- 약 27℃의 상온으로 온도를 유지시켜주고 상대습도를 70, 50, 30%로 변화시켜 주면서 각각의 시료들에 수분이 흡수되는 양을 측정한 결과, 수세전의 시료는 상대습도가 70%일 때 초기 수분 흡수량은 약 23% 이상을 나타내었고 30분이 지난 후에 약 63% 이상의 흡수량을 나타내었으며, 그 이후에 수분 흡수량은 크게 증가하지 않음을 보여 주었다. 이 시료에 대하여 상대습도를 50%, 30%로 유지시켜준 후 같은 방법으로 수분 흡수량을 측정한 결과, 30분 후에 54%, 45%의 흡수량을 각각 나타내었다. 수세 후에 1차 건조한 후에 수분 흡수량을 측정한 결과와 2차 건조 후에 수분 흡수량을 측정한 결과를 비교해 본 결과, 상대습도가 70%를 유지하였을 때는 2차 건조후의 결과가 우수하게 나타났으며, 상대습도가 30%일 때는 1차 건조 후의 결과가 좋은 특성을 보였다.
- 수세 후에 1차 건조한 후에 수분 흡수량을 측정한 결과와 2차 건조 후에 수분 흡수량을 측정한 결과를 비교해 본 결과, 상대습도가 70%를 유지하였을 때는 2차 건조후의 결과가 우수하게 나타났으며, 상대습도가 30%일 때는 1차 건조 후의 결과가 좋은 특성을 보였다. 이들 결과를 놓고 볼 때 건조 후의 각각의 시료들은 상대습도를 변화시켜준 후 모든 시료에 대하여 약 25% 이상의 수분 흡수 효과를 나타내었다. 따라서 이들 수분 흡수제는 재생성이 우수한 것으로 여겨지며, 또한 200~250℃ 이상의 온도에서 가열해 주었을 경우 가장 효과적으로 수분이 제거되는 것으로 나타났다.
- 반면에 수세 후의 시료는 침상이 없어지고 동공 및 공극에 일부 존재하는 활성화제만이 존재하는 것으로 보여지며, 침상의 성상은 전혀 찾아 볼 수 없다. 이러한 사실과 관련하여 Sbet 값은 현저히 작게 나타났으며, 평균분자 직경도 4019 Å으로 상당히 큰 동공을 가짐을 알 수 있었다. 두 시료에 대한 동공 분포는 Fig.
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