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문제 정의
- 반대로 열처리와 같은 간단한 조작을 통하여 활성화 과정 중 도입된 산소 관능기의 제거 또한 가능하다 9). 본 연구에서는 활성탄의 표면 특성과 천연가스의 주성분인 메탄의 흡착과의 관계를 규명하기 위하여 화학적 처리와 열처리를 통하여 활성탄의 표면을 개질하고 이에 따른 메탄의 흡착량 변화를 관찰하였다.
제안 방법
- 실시하였다. pH 측정은 ASTM D3838에 준하여 증류수 20 ml 에 0.5 g의 시료를 넣고 24시간 동안 교반 후 상등액을 취하여 나일론계로 실린지 필터(0.45 ㈣)로여과한 후 측정하였다. 또한, 활성탄 표면에 형성되어 있는 극성관능 기를 측정하기 위하여 표면 산도 및 염기도를 Boehm 법으로 측정하였다®).
- 5는 산도와 염기도에 대한 메탄의 흡착량을 나타내는 것으로 산도가 증가할수록 흡착량은 감소하고 염기도가 증가함에 따라 흡착량이 증가함을 확인할 수 있었다. 각각 산도와 염기도의 영향을 고찰하기 위하여 선형 도식화하여 결정계수(R2) 값을 구하였다.
- 총 염기도는 산도 측정과 같은 방법을 사용하되 HC1 용액을 이용하여 교반 후, 그 상등액을 취하여 NaOH 용액으로 적정하여 결정하였다. 또한 FT-IR 분광기 (IRP restige, Shimadzu)를 사용하여 주사범위 400~ 4000cmT에서 표면관능기를 측정하였다.
- 먼저 야자 각 입상 활성탄을 증류수에서 수 회 세척한 후 110℃ oven에서 24시간 건조하였고, 이 활성탄을 AC-R라 하였다. 화학적 처리를 위하여 1MHNO3 용액을 제조하여 활성탄 1 g 당 HNO3 용액 10 mL의 비율로 1시간과 4시간 동안 100℃에서 처리하고, 미 반응된 질산 용액의 제거를 위하여 증류수로 수 회 세척 후 110℃에서 24시간 동안 건조하였다. 활성탄의 열처리는 관상로(tube furnace) 에서 실시하였으며 Ar 가스 분위기에서 10℃/min 으로 승온하여 1000℃에서 3시간 동안 유지하였다.
- 활성탄 시료에 흡착된 수분의 제거를 위하여 각 시료들을 423 K에서 잔류 압력을 lxl0「3 torr 이하로 유지한 상태로 6 h 동안 탈기시킨 후 ASAP 2020(Micromeritics, USA)을 이용하여 77 K에서 상대압력(P/Po)에 따른 N2 기체의 흡착량을 측정하였다. 비표면적은 Langmuir 식을 이용하여 흡착 등온선으로부터 계산하였다.
- 활성탄에 대한 메탄 흡착량은 상온에서 각 시료들을 573 K에서 잔류 압력을 10-3 torr 이하로 유지한 상태로 6 h 동안 탈기시킨 후 자동흡착장치 (Autosorb-l, Quantachrome)를 이용하여 273 K 와 298 K에서 상대압력 (P/Po)에 따른 메탄가스의 흡착량을 부피법으로 측정하였다. 측정에 사용된 메탄 가스는 순도 99.
- 활성탄의 표면 특성에 따른 메탄 흡착 특성 변화를 조사하기 위하여 야자 각 입상 활성탄의 표면을 질산 용액과 열처리를 통하여 개질하였다. 각 활성탄의 기공 구조는 77 K에서 질소 흡착법으로 구하였으며 산처리한 시료는 큰 변화가 없었다.
- 활성탄의 표면 특성을 분석하기 위하여 FT-IR, pH 측정, 표면 산도 및 염기도 측정을 실시하였다. pH 측정은 ASTM D3838에 준하여 증류수 20 ml 에 0.
대상 데이터
- 본 연구에서는(쥐 유림탄소에서 구입한 야자 각 입상 활성탄 (60x100 mesh)을 사용하였다. 먼저 야자 각 입상 활성탄을 증류수에서 수 회 세척한 후 110℃ oven에서 24시간 건조하였고, 이 활성탄을 AC-R라 하였다.
- 부피법으로 측정하였다. 측정에 사용된 메탄 가스는 순도 99.999% 이상의 고순도 가스를 사용하였다.
- 활성탄의 열처리는 관상로(tube furnace) 에서 실시하였으며 Ar 가스 분위기에서 10℃/min 으로 승온하여 1000℃에서 3시간 동안 유지하였다. 화학적 처리된 시료는 AC-A1과 AC-A4, 열처리된 시료를 AC-H로 각각 명명하였다.
이론/모형
- 45 ㈣)로여과한 후 측정하였다. 또한, 활성탄 표면에 형성되어 있는 극성관능 기를 측정하기 위하여 표면 산도 및 염기도를 Boehm 법으로 측정하였다®). 즉, NaOH 0.
- 비표면적은 Langmuir 식을 이용하여 흡착 등온선으로부터 계산하였다. 미세기공의 부피 및 기공 크기는 H-K 법으로 계산하였다.
- 비표면적은 Langmuir 식을 이용하여 흡착 등온선으로부터 계산하였다. 미세기공의 부피 및 기공 크기는 H-K 법으로 계산하였다.
- Table 1에서 알 수 있듯이, 각각의 표면 처리가 활성탄 자체가 가지고 있는 기공 구조를 크게 파괴하지 않았다. 흡착 등온선의 형태가 Type I 형태를 나타내고 있으므로비표면적의 계산은 Langmuir 식으로 실시하였다. AC-R과 AC-A1, AC-A4의 비표면적은 각각 1170 m2/g, 1176 m2/g, 1159 m7g 으로 큰 차이를 보이지 않았으나 열처리한 시료는 1286 rS/g로 다소 증가한 것을 알 수 있었다.
성능/효과
- 흡착 등온선의 형태가 Type I 형태를 나타내고 있으므로비표면적의 계산은 Langmuir 식으로 실시하였다. AC-R과 AC-A1, AC-A4의 비표면적은 각각 1170 m2/g, 1176 m2/g, 1159 m7g 으로 큰 차이를 보이지 않았으나 열처리한 시료는 1286 rS/g로 다소 증가한 것을 알 수 있었다. 기공 부피 또한 AC-H에서 가장 큰 증가를 보였고 기공 크기는 큰 변화가 없는 것을 확인하였다.
- 이는 Table 2에 나타낸 총 표면 산도 및 염기도와 pH 결과와 일치한다. pH와 총 표면 산도는 활성탄 표면에 존재하는 산소 관능기의 영향을 받는다(3) 총 표면 산도는 AC-R 에서는 0.56 meq/g을 나타냈으며 AC-A4와 AOA1 이 각각 2.86과 1.80 meq/g로 증가한 반면 AC-H에서는 0.36으로 감소하였다. 이를 통하여 활성탄을 질산으로 처리하면 산소 관능 기가 증가하고 열처리를 실시하면 산소 관능 기가 감소함을 확인할 수 있었다.
- 4는 사용된 활성탄의 각각 25℃와 0℃에서의 메탄가스 흡착 등온선을 도시한 것으로 Table 3에 흡착 등온선으로부터 구한 최대 흡착량을 나타내었다. 각 등온선은 선형을 나타내었으며산처리한 시료의 경우에는 흡착량의 감소를 가져왔고 열처리한 시료는 흡착량이 증가하였다. 또한 25℃에 비하여 0℃에서의 흡착량이 증가하는 경향을 나타내었다.
- AC-R과 AC-A1, AC-A4의 비표면적은 각각 1170 m2/g, 1176 m2/g, 1159 m7g 으로 큰 차이를 보이지 않았으나 열처리한 시료는 1286 rS/g로 다소 증가한 것을 알 수 있었다. 기공 부피 또한 AC-H에서 가장 큰 증가를 보였고 기공 크기는 큰 변화가 없는 것을 확인하였다. 이를 통하여 표면처리에 따른 활성탄의 구조적 변화는 크지 않음을 알 수 있었다.
- 중화적 정법으로 구한 총 표면 산도는 산처리에 따라 증가하였고 염기도는 감소하였으며, 열처리에 의해서는 총 산도는 다소 감소한 반면 염기도는 증가하였다. 또한, 메탄의 흡착량은 총 표면 염기도에 의존함을 알 수 있었다.
- 99를 나타내었다. 이를 통하여 화학적 처리를 통한 메탄 흡착량의 변화는 산도에 비하여 염기도에 더 큰 영향을 받는 것을 확인하였다.
- 36으로 감소하였다. 이를 통하여 활성탄을 질산으로 처리하면 산소 관능 기가 증가하고 열처리를 실시하면 산소 관능 기가 감소함을 확인할 수 있었다. 반면 염기도는 AC-R이 0.
- 열처리한 시료의 경우는 비 표면적 및 기공 부피가 다소 증가하였다. 중화적 정법으로 구한 총 표면 산도는 산처리에 따라 증가하였고 염기도는 감소하였으며, 열처리에 의해서는 총 산도는 다소 감소한 반면 염기도는 증가하였다. 또한, 메탄의 흡착량은 총 표면 염기도에 의존함을 알 수 있었다.
- 질산 용액으로 처리한 시료의 경우 산소 관능 기를 나타내는 피크(peak)들의 크기가 AC-R에 비하여 증가하는 경향을 보였으며 AC-H의 경우에는 감소하였다. 이는 Table 2에 나타낸 총 표면 산도 및 염기도와 pH 결과와 일치한다.
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