본 연구는 극성 및 독성물질에 대한 활성탄의 흡착력을 향상시키기 위하여, 활성탄을 산 처리 후 활성탄 50 g에 0.1 M $FeSO_4{\cdot}7H_2O,\;CuSO_4{\cdot}5H_2O,\;AgNO_3$ 용액을 300 mL 첨가하여 jar tester를 이용하여 60 rpm의 속도로 1시간 교반시켜 철, 은, 구리 이온을 첨착하였다. 금속 첨착과정으로 제조한 금속 첨착활성탄의 표면 성상 및 화학적 특성을 규명하기 위하여 비표면적, 세공용적 및 분포, 주사현미경 촬영, 흡착등온 등의 실험을 하였다. 산 처리 활성탄에 철, 구리, 은을 첨착할 경우 미세세공이 중간세공과 거대세공으로 전환되어 금속 첨착량이 약 1.3배 정도 증가하였고 금속 첨착활성탄내에서 미세세공에 의한 물리적 흡착과 침착된 금속 이온에 의한 화학적 흡착이 동시에 가능하였다.
본 연구는 극성 및 독성물질에 대한 활성탄의 흡착력을 향상시키기 위하여, 활성탄을 산 처리 후 활성탄 50 g에 0.1 M $FeSO_4{\cdot}7H_2O,\;CuSO_4{\cdot}5H_2O,\;AgNO_3$ 용액을 300 mL 첨가하여 jar tester를 이용하여 60 rpm의 속도로 1시간 교반시켜 철, 은, 구리 이온을 첨착하였다. 금속 첨착과정으로 제조한 금속 첨착활성탄의 표면 성상 및 화학적 특성을 규명하기 위하여 비표면적, 세공용적 및 분포, 주사현미경 촬영, 흡착등온 등의 실험을 하였다. 산 처리 활성탄에 철, 구리, 은을 첨착할 경우 미세세공이 중간세공과 거대세공으로 전환되어 금속 첨착량이 약 1.3배 정도 증가하였고 금속 첨착활성탄내에서 미세세공에 의한 물리적 흡착과 침착된 금속 이온에 의한 화학적 흡착이 동시에 가능하였다.
The adsorption ability of polar and toxic substance was greatly enhanced by treating activated carbon with acid solution and impregnating iron, copper, or silver by using in 0.1 M $FeSO_4{\cdot}7H_2O,\;CuSO_4{\cdot}5H_2O,\;AgNO_3$ 300 mL per activated carbon 50 g. Physical and chemical pr...
The adsorption ability of polar and toxic substance was greatly enhanced by treating activated carbon with acid solution and impregnating iron, copper, or silver by using in 0.1 M $FeSO_4{\cdot}7H_2O,\;CuSO_4{\cdot}5H_2O,\;AgNO_3$ 300 mL per activated carbon 50 g. Physical and chemical properties of the metal impregnated activated carbons were measured using specific surface area, pore volume and size distribution, scanning eletron microscope(SEM), adsorption isotherm. When activated carbon was treated with acid, the quantity of impregnated metal increased about 1.3 times since the micropores were converted to mesopores or macropores. Both the physical absorption by micropores and chemical absorption by metal ions could be achieved simultaneously with the metal impregnated activated carbon because the capacity of micro pores did not change even after metal ions were impregnated.
The adsorption ability of polar and toxic substance was greatly enhanced by treating activated carbon with acid solution and impregnating iron, copper, or silver by using in 0.1 M $FeSO_4{\cdot}7H_2O,\;CuSO_4{\cdot}5H_2O,\;AgNO_3$ 300 mL per activated carbon 50 g. Physical and chemical properties of the metal impregnated activated carbons were measured using specific surface area, pore volume and size distribution, scanning eletron microscope(SEM), adsorption isotherm. When activated carbon was treated with acid, the quantity of impregnated metal increased about 1.3 times since the micropores were converted to mesopores or macropores. Both the physical absorption by micropores and chemical absorption by metal ions could be achieved simultaneously with the metal impregnated activated carbon because the capacity of micro pores did not change even after metal ions were impregnated.
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문제 정의
따라서 본 연구에서는 일반 활성탄으로 제거하기 어려운 수중의 특정유해물질 또는 극성물질을 환원제거하기 위하여 기존 정수처리 공정에서 사용하고 있는 입상 활성탄에 비교적 산화력이 큰 금속인 철, 구리, 은 이온을 첨착한 금속 첨착활성탄을 제조하고 비표면적과 세공용적 및 분포도, 표면세공 형상, 흡착등온 특성을 측정하였다.
제안 방법
1시간 동안 활성탄에 첨착된 금속염의 양은 원자흡수분광분석징치 (AAS, Ferkin Elmer Aanalyst 100, USA)를 이용하여 금속 흡착농도를 측정하여 구하였다. 또한 활성탄의 구조적 특성을 파악하기 위하여 ASAP 2010(Micromeritics instru ment Co.
금속 흡착농도를 측정하여 구하였다. 또한 활성탄의 구조적 특성을 파악하기 위하여 ASAP 2010(Micromeritics instru ment Co., USA)을 사용하여 질소를 흡착시켜 비표면적, 세공용적 및 분포도를 측정하였고 중간세공과 거대세공의 값을 보정하기 위하여 수은입경 측정장치 (mercury porosimetry)를 이용한 값을 조합하여 사용하였다. 실험에 사용한 분석항목, 실험방법 및 사용기기명은 Table 2에 나타내었다.
산 처리한 활성탄의 표면과 철, 구리, 은 첨착에 따른 변화를 알아보기 위하여 각각 활성탄의 미세세공, 증간세공, 거대세공을 측정하여 세공크기별 분포도를 Fig. 4, 5에 나타내었다.
실험은 jar tester(Chang Shin Science, Korea)> 이용하여 회분식 실험을 하였다. 활성탄을 끓는 물에 약 30분 정도 진탕 혼합하여 미분을 제거하고 증류수로 깨끗이 씻은 다음 105℃에서 24시간 건조한 후 데시케이터속에 보관하여 사용하였다.
대상 데이터
802 g/L, CuSO4 . 5H2O 24.968 g/L, AgNO3 16.987 g/L를 각각 증류수에 녹여 0.1 M 용액을 제조하였다. 건조한 활성탄 50 g에 금속 첨착시료 용액을 각각 300 mL를 첨가하여 jar tester를 이용하여 60 rpm의 속도로 1시간 교반하였다.
활성탄을 끓는 물에 약 30분 정도 진탕 혼합하여 미분을 제거하고 증류수로 깨끗이 씻은 다음 105℃에서 24시간 건조한 후 데시케이터속에 보관하여 사용하였다. 또한 산세척 활성탄은 6 N 염산 2 L에 200 g의 활성탄을 12시간 동안 세척하여 미량의 불순물들과 금속들을 제거한 후 증류수로 여러번 씻어주어 남아 있는 염산을 제거한 다음 위와 동일한 방법으로 수분을 제거한 것을 사용하였다.6)
본 실험에 사용한 활성탄은 (주)삼천리활성탄소에서 판매되고 있는 고도정수용 8x16 mesh 야자각 1급 입상 활성탄을 사용하였다. 입자별 금속 첨착량을 비교하기 위하여 동일 회사 제품의 4x8 mesh 활성탄과 분쇄하여 체(sieve)로 분리한 16x30 mesh 활성탄도 준비하였다.
사용하였다. 입자별 금속 첨착량을 비교하기 위하여 동일 회사 제품의 4x8 mesh 활성탄과 분쇄하여 체(sieve)로 분리한 16x30 mesh 활성탄도 준비하였다. 실험에 사용한 활성탄의 물성은 Table 1과 같다.
성능/효과
그러므로, 금속 첨착활성탄은 불가능하다고 생각되었던 가스 처리를 위한 저비용 처리시설을 가능하게 하였다.4)즉 황하수소, 메르캅탄, 암모니아, 비소, 알데하이드, 방사성 요오드 및 산화질소 등의 가스 정제를 할 수 있으며 황산화물, 염산, 불산, 수은, 시안산 및 염소를 제거할 수 있다. 황산, 인산, 철 산화물, 황, 아연산화물 및 크롬-구리-은 등을 첨착시킨 금속 첨착활성탄은 상업적으로 이용되고 있다.
7) 첨착시간이 5분 미만인 경우는 피착물인 활성탄소 표면에 충분히 첨착 처리되지 않아 첨착처리된 금속원소에 의한 표면 극성이 잘 발달되지 않으므로 우수한 흡착 선택성을 지속적으로 유지할 수가 없으며 처리 시간이 60분을 초과할 경우 금속 원소의 첨착두께가 두꺼워져서 활성탄소 표면에 발달된 기공구조와 흡착표면적을 감소시켜 충분한 흡착성능을 발휘할 수 없게 된다.7) 이렇게 제조한 금속 첨착활성탄은 일반 활성탄의 준비과정과 동일한 방법으로 증류수를 사용하여 충분히 세척하고 105℃에서 24시간 건조한 후 데시케이터 속에 보관하여 사용하였다.
일반적으로 금속 첨착활성탄의 첨착 시간은 30~60분 정도가 바람직한 것으로 알려져 있다.7) 첨착시간이 5분 미만인 경우는 피착물인 활성탄소 표면에 충분히 첨착 처리되지 않아 첨착처리된 금속원소에 의한 표면 극성이 잘 발달되지 않으므로 우수한 흡착 선택성을 지속적으로 유지할 수가 없으며 처리 시간이 60분을 초과할 경우 금속 원소의 첨착두께가 두꺼워져서 활성탄소 표면에 발달된 기공구조와 흡착표면적을 감소시켜 충분한 흡착성능을 발휘할 수 없게 된다.7) 이렇게 제조한 금속 첨착활성탄은 일반 활성탄의 준비과정과 동일한 방법으로 증류수를 사용하여 충분히 세척하고 105℃에서 24시간 건조한 후 데시케이터 속에 보관하여 사용하였다.
또한 최*의 실험에서 일반 활성탄으로 제거가 힘들었던 브롬산염 을 금속 침 착활성탄을 사용하여 높은 제 거 효율 결과를 가져왔다.
그리 고철, 구리, 은 이온이 가지는 특징에 따라 동일 성분의 활성탄이라도 결합량은 각각 다르게 나타남을 알 수 있다. 실험 결과 은이 가장 많이 첨착되었으며 철, 구리 순으로 나타났다.
일반 활성탄으로 제거하기 어려운 수중의 특정유해물질 또는 극성물질을 환원제거하기 위하여 입상 활성탄에 산화력이 강한 철, 구리, 은 이온을 첨착한 금속 첨착활성탄을 제조하여 물성을 조사 분석한 결과 금속별 첨착량은 각각 29.66 mg Fe/CACa g, 19.96 mg Cu/CACa g, 57.18 mg Ag/CACa g였으며 산 처리 활성탄의 경우 활성탄내의 불순물 제거와 표면산소 종의 증가에 따라 금속 첨착량은 약 1.3 배 정도 증가하였다. 또한 금속염이 첨착된 활성탄의 경우 일반 활성탄의 중요 특징인 비표면적과 미세세공의 값은 큰 변화없이 유지되었으므로 금속 첨착활성탄을 수처리에 이용시 미세세공에 의한 물리적 흡착과 금속염에 의한 화학적 환원제거가 동시에 가능할 것으로 판단된다.
후속연구
수 있다.3)이러한 연구 중에 금속 첨착활성탄은 화학적인 성질과 활성탄의 고유한 성질이 있어 유해물질 흡착처리시 상승효과를 유발하는 역할을 할 수 있을 것이다. 따라서 이 기법을 적용하면 활성탄은 흡착 역할을 할 것이고 첨착된 금속은 환원작용을 할 수 있어 자원 및 에너지 절약형 기법을 응용한 환경오염물 처리공법 개발을 기대할 수 있다.
이는 금속이온의 첨착이 활성탄 표면과 중간세공에서 일어나기 때문인 것으로 생각된다. 따라서 본 연구에서 제조한 금속 첨착활성탄의 경우 금속 첨착 이후에도 비표면적과 세공 부피 등의 변화가 크게 없고 특히 흡착에 주된 역할을 하는 미세세공이 잘 발달되어 있으므로 특정 유해물질을 함유하는 수처리에 복합적으로 사용 가능할 것으로 기대되어진다.財13)
3)이러한 연구 중에 금속 첨착활성탄은 화학적인 성질과 활성탄의 고유한 성질이 있어 유해물질 흡착처리시 상승효과를 유발하는 역할을 할 수 있을 것이다. 따라서 이 기법을 적용하면 활성탄은 흡착 역할을 할 것이고 첨착된 금속은 환원작용을 할 수 있어 자원 및 에너지 절약형 기법을 응용한 환경오염물 처리공법 개발을 기대할 수 있다. 그러므로, 금속 첨착활성탄은 불가능하다고 생각되었던 가스 처리를 위한 저비용 처리시설을 가능하게 하였다.
3 배 정도 증가하였다. 또한 금속염이 첨착된 활성탄의 경우 일반 활성탄의 중요 특징인 비표면적과 미세세공의 값은 큰 변화없이 유지되었으므로 금속 첨착활성탄을 수처리에 이용시 미세세공에 의한 물리적 흡착과 금속염에 의한 화학적 환원제거가 동시에 가능할 것으로 판단된다.
참고문헌 (14)
Smisek, M. and Cermy, S., 'Active carbon manufacture, properties and application,' Elsevier, New York(l970)
Matteeson, J. S. and Sing, K. S. W., 'Adsorption, surface area and porosity,' Academic Press, London(1982)
임창혁, '극성오염원에 대해 선택성 흡착능을 가지는 금속도금 처리된 활성탄소 및 이의 제조 방법,' 대한민국 특허청, 10-1999-0012280(1990)
Ryu, S. K., Kim, S. Y., Gallego, N., Edie, D. D., 'Physical properties of silver-contating pitch-based activated caron fibers,' Carbon, 37, 1619 -1625(1999)
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