탄화온도가 제조된 목탄의 물성에 미치는 영향을 알아보기 위하여 $300{\sim}900^{\circ}C$에서 탄화한 국산 수종의 목탄 특성을 조사하였다. 탄화수율은 $600^{\circ}C$까지는 급격히 감소하나 그 이상의 온도에서는 수율감소가 둔화되었으며, 탄화온도의 증가와 더불어 목탄의 pH는 증가하여 알칼리성을 나타내었다. 목탄의 열량은 $600{\sim}700^{\circ}C$에서 최고를 나타내며, 더 높은 온도에서 탄화하더라도 열량의 증가는 보이지 않았으며, 낙엽송 목탄이 상수리 목탄보다 다소 높은 열량을 나타내었다. 또한 탄화온도의 증가에 따라 탄소함량이 증가하는 반면, 수소나 산소함량은 감소되었고, 목탄의 비표면적은 $600^{\circ}C$까지는 탄화온도의 증가와 함께 증가하나, 그 이상의 온도에서는 감소되거나, 증가 폭이 감소된 후, $800^{\circ}C$ 이상의 탄화온도에서 다시 증가하는 경향이 있었다. 목탄의 흡착력을 요오드흡착량 및 초산가스 흡착력으로 조사 한 바, 탄화온도의 증가와 함께 이들에 대한 흡착성이 증가하였으며, 낙엽송 목탄이 상수리 목탄보다 다소 높은 흡착력을 나타내었다. 이상과 같은 결과로부터 탄화온도에 따라 목탄의 물성과 흡착성이 다르기 때문에 목탄의 특성을 고려하여 적정한 용도에 사용되어야 목탄 효과를 극대화할 수 있을 것으로 생각된다.
탄화온도가 제조된 목탄의 물성에 미치는 영향을 알아보기 위하여 $300{\sim}900^{\circ}C$에서 탄화한 국산 수종의 목탄 특성을 조사하였다. 탄화수율은 $600^{\circ}C$까지는 급격히 감소하나 그 이상의 온도에서는 수율감소가 둔화되었으며, 탄화온도의 증가와 더불어 목탄의 pH는 증가하여 알칼리성을 나타내었다. 목탄의 열량은 $600{\sim}700^{\circ}C$에서 최고를 나타내며, 더 높은 온도에서 탄화하더라도 열량의 증가는 보이지 않았으며, 낙엽송 목탄이 상수리 목탄보다 다소 높은 열량을 나타내었다. 또한 탄화온도의 증가에 따라 탄소함량이 증가하는 반면, 수소나 산소함량은 감소되었고, 목탄의 비표면적은 $600^{\circ}C$까지는 탄화온도의 증가와 함께 증가하나, 그 이상의 온도에서는 감소되거나, 증가 폭이 감소된 후, $800^{\circ}C$ 이상의 탄화온도에서 다시 증가하는 경향이 있었다. 목탄의 흡착력을 요오드흡착량 및 초산가스 흡착력으로 조사 한 바, 탄화온도의 증가와 함께 이들에 대한 흡착성이 증가하였으며, 낙엽송 목탄이 상수리 목탄보다 다소 높은 흡착력을 나타내었다. 이상과 같은 결과로부터 탄화온도에 따라 목탄의 물성과 흡착성이 다르기 때문에 목탄의 특성을 고려하여 적정한 용도에 사용되어야 목탄 효과를 극대화할 수 있을 것으로 생각된다.
Properties of wood charcoal made from the domestic wood species at $300-900^{\circ}C$ have investigated to understand the correlation between carbonization temperature and chemical and physical characteristics of wood charcoal. In terms of charcoal yield at particular carbonization temper...
Properties of wood charcoal made from the domestic wood species at $300-900^{\circ}C$ have investigated to understand the correlation between carbonization temperature and chemical and physical characteristics of wood charcoal. In terms of charcoal yield at particular carbonization temperatures, it was drastically decreased until the temperature reaches up to $600^{\circ}C$ and the decrease ratio of yield was reduced at higher temperatures. As the carbonization temperature increased, pH of the wood charcoal increased so that it became basic at last. The wood charcoal prepared at $600{\sim}700^{\circ}C$ showed the highest caloric value and those of wood charcoals made at higher temperature became plateau at a little lower level than the peak. The caloric value of Japanese larch charcoal was a bit higher than that of Red oak charcoal. The carbon content in the wood charcoal was increased as the carbonization temperature increased, whereas the hydrogen content was decreased. Specific surface area of the wood charcoal became larger with increase in temperature up to $600^{\circ}C$ but it was decreased or reduced in the increasing ratio after, and then it rose again at higher temperature than $800^{\circ}C$. Absorption capacity of the wood charcoal against iodine and gaseous acetic acid became greater as the carbonization temperature increased. Japanese larch charcoal presented higher absorption capacity than Red oak charcoal. As the above results, it is revealed that carbonization temperature affects the chemical and physical properties of wood charcoal. Therefore, to use wood charcoal with maximum effect it should be prepared at optimum temperature for proper use.
Properties of wood charcoal made from the domestic wood species at $300-900^{\circ}C$ have investigated to understand the correlation between carbonization temperature and chemical and physical characteristics of wood charcoal. In terms of charcoal yield at particular carbonization temperatures, it was drastically decreased until the temperature reaches up to $600^{\circ}C$ and the decrease ratio of yield was reduced at higher temperatures. As the carbonization temperature increased, pH of the wood charcoal increased so that it became basic at last. The wood charcoal prepared at $600{\sim}700^{\circ}C$ showed the highest caloric value and those of wood charcoals made at higher temperature became plateau at a little lower level than the peak. The caloric value of Japanese larch charcoal was a bit higher than that of Red oak charcoal. The carbon content in the wood charcoal was increased as the carbonization temperature increased, whereas the hydrogen content was decreased. Specific surface area of the wood charcoal became larger with increase in temperature up to $600^{\circ}C$ but it was decreased or reduced in the increasing ratio after, and then it rose again at higher temperature than $800^{\circ}C$. Absorption capacity of the wood charcoal against iodine and gaseous acetic acid became greater as the carbonization temperature increased. Japanese larch charcoal presented higher absorption capacity than Red oak charcoal. As the above results, it is revealed that carbonization temperature affects the chemical and physical properties of wood charcoal. Therefore, to use wood charcoal with maximum effect it should be prepared at optimum temperature for proper use.
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제안 방법
주입하였다. 가스 농도가 안정화되면 목탄 시료 0.5g을 넣고 10, 30, 60, 120, 240분 후에 가스채취기와 탐지관 (GASTEC 製)으로 데시케이터 내의 잔류가스농도를 조사하였다.
낙엽송 0”况 kaempferi, Japanese larch)과 상수리(。與ere奶 acutissima, Red oak) 묵 '부 를 분쇄 (lOOmesh)한 목분을 실험용 탄화로(제일 과학 제작, 최대 1000笆)를 이용하여 300~900℃에서 탄화하였으며, 탄화스케줄은 목표온도보다 20r 낮은 때까지는 승온속도 분, 그 후는승온속도 분으로 하여 목표온도 도달한 후, 1시간 동안 탄화하는 방법으로 하였으며, 전 탄화공정에서 인위적인 불 활성 가스 공급은 없었다.
목탄의 원소 조성은 목탄 시료 2.0mg을 사용하여, Acetanilide(C : 71.09%, H : 6.71%, O : 11.84%, N : 10.36%)를 표준물질로 하여 Flash EA 1112(Mccoy製)로 1100℃ 에서 측정하였다. 비표면적은 100메쉬 이하로 분쇄한 목탄시료 (0.
목탄의 기능성 재료로서의 새로운 전개를 위하여는 탄화호건에 따른 물성을 일차적으로 파악할 필요가 있다. 본 실험에서는 국내에서 사용하고 있는 주요 수종인 낙엽송과 상수리나무를 이용하여 탄화온도별로 재조한 목탄의 제조조건에 따른 목탄의 탄소함량, 비 표면적 등의 일반 물성과 액상 흡착능인 요오드흡착량과 가스 흡착성 을 구명하였다.
36%)를 표준물질로 하여 Flash EA 1112(Mccoy製)로 1100℃ 에서 측정하였다. 비표면적은 100메쉬 이하로 분쇄한 목탄시료 (0.1g)를 Autosorb-1 (Quantachrome 社)을 이용하여 질소가스를 흡착 질로 하여 BET방식°으로측정하였다.
탄화시료 2g을 증류수 501111 와 함께 100ml 삼각플라스크에 넣고 1분간 100회의 진탕기로 20℃ 에서 1시간 진탕 후, 3000rpm, 20분간 원심분리기로 분리하여 상등액의 pH를 측정하였다.
이론/모형
제조한 목탄의 요오드(액상) 흡착량은 한국공업규격의 활성탄시험법 (KSM 1802)에 준하여 측정하였다. 단 요오드흡착시험 시 0.
성능/효과
탄화온도 300℃와 는400℃ 에서 는 목탄의 요오드흡착량은 매우 낮고 탄화온도증가에 의한 흡착량 증가도 거의 나타나지 않았다. 그러나 400 ℃ 이상의 탄화온도에서는 탄화온도의 상승과 함께 요오드흡착량이 서서히 증가하였는데 탄화온도 600r 이하에서는 상수리 목탄이 많고, 탄화온도 600℃ 이상의 목탄에서는 낙엽송의 요오드흡착량이 많은 경향이 있었으나, 요오드흡착량에 대한 수종간의 차이는 크게 나타나지 않았다. 본 실험에서는 한국공업규격 에서 규정 하고 있는 요오드흡착시 간인 15분 보다 많은 24시간 동안 요오드흡착을 하였는데 이는 특히 저온탄화물일 경우, 소수성이 강하여 요오드 용액에 단시간 내에 침수되지 못 하는 경향이 강하여 정상적인 요오드흡착량을 측정하기가 곤란하였기 때문으로, 한국공업규격에 의해 측정한 목탄의 요오드흡착량보다는 매우 높은 수치를 나타내었다.
수종에 관계없이 탄화온도 300℃나 400℃에서 제조한 목탄의 초산 가스 제거율이 매우 낮았으며, 20L, 50ppm으로 조정한 데시케이터내의 초산가스가 240분내에는 완전히 제거가 되지 않았다. 그러나 탄화온도가 높아질수록 흡착초기의 초산 가스 제거율이 높아지며, 데시케이터 내의 가스를 거의 제거하는 것을 알 수 있었다 즉, 고온에서 탄화한 목탄 일수록 초산가스제거율이 높고, 제거속도가 빨랐으나, 탄화온도 600r 이상의 목탄에서는 초산가스제거율의 차이는 거의 나타나지 않았다. 수종간의 초산가스제거 율에서 는 상수리목탄보다는 낙엽송목탄이 초산가스제거율이 높은 경향이 있었다.
또한 목재 내의 단백질에 기인하는 것으로 추측되는 질소함량은 탄화온도가 증가할수록 감소하는 경향이 있었으나, 수종에 관계없이 전 탄화온도영역에서 1% 미만을 나타내어 매우 적었다. 한편 수종 간의 탄소 함량을 비교하면, 동일탄화 온도에서 낙엽송목탄이 상수리목탄보다 탄소 함량은 경향이 있었으며, 탄소함량이 거의 안정되는 탄화온도도 낮았다.
2). 또한 수종 간에는 낙엽송목탄이 상수리목탄보다 열량이 다소 높았다. 김 등%은 침엽수 및 활엽수 수피의 탄화이용연구에서 40(A 800 笆에서 탄화한 수피 탄의 발열량을 조사한바, 수종이나 탄화시간에 관계없이 600℃에서 탄화한 수피 탄의 발열량이 가장 높았으며, 800℃ 에서 탄화한 수피 탄보다 400℃에서 탄화한 수피탄의 발열량이 높은 경우도 있다고 보고하였다
그러나 400 ℃ 이상의 탄화온도에서는 탄화온도의 상승과 함께 요오드흡착량이 서서히 증가하였는데 탄화온도 600r 이하에서는 상수리 목탄이 많고, 탄화온도 600℃ 이상의 목탄에서는 낙엽송의 요오드흡착량이 많은 경향이 있었으나, 요오드흡착량에 대한 수종간의 차이는 크게 나타나지 않았다. 본 실험에서는 한국공업규격 에서 규정 하고 있는 요오드흡착시 간인 15분 보다 많은 24시간 동안 요오드흡착을 하였는데 이는 특히 저온탄화물일 경우, 소수성이 강하여 요오드 용액에 단시간 내에 침수되지 못 하는 경향이 강하여 정상적인 요오드흡착량을 측정하기가 곤란하였기 때문으로, 한국공업규격에 의해 측정한 목탄의 요오드흡착량보다는 매우 높은 수치를 나타내었다. 그러나 한국공업규격에서 제시한 요오드흡착성능에 대한 실험법은 활성탄을 대상으로 한 방법이며, 목탄의 액상흡착 시 활성탄에 비해 흡착속도가 매우 느리기 때문에, 본 실험에서 시행한 24시간 흡착 시간에 의한 요오드흡착량은 실제의 목탄 흡착능력에 오히려 가까운 수치가 될 것으로 생각된다.
그러나 탄화온도가 높아질수록 흡착초기의 초산 가스 제거율이 높아지며, 데시케이터 내의 가스를 거의 제거하는 것을 알 수 있었다 즉, 고온에서 탄화한 목탄 일수록 초산가스제거율이 높고, 제거속도가 빨랐으나, 탄화온도 600r 이상의 목탄에서는 초산가스제거율의 차이는 거의 나타나지 않았다. 수종간의 초산가스제거 율에서 는 상수리목탄보다는 낙엽송목탄이 초산가스제거율이 높은 경향이 있었다. 선행연구에서도 40C TC에서 탄화한 목탄의 초산가스제거율은 흡착 시간의 증가와 더불어 서서히 증가하였고 목분탄과 수피 탄이 목섬유 탄보다 제거율이 높은 경향을 나타내었으나 500℃ 이상의 탄화물에 있어서는 원재료 간의 차이는 거의 없었으며, 흡착시작 15 분만에 거의 100%에 가까운 가스제거율을 나타내었다 D.
수종에 관계없이 300℃ 나 400℃ 와같은 저온탄화영역에서 탄화한 목탄은 약산성이나 중성을 나타내나, 탄화온도가 증가 할수록 pH가 증가하여 500℃~600℃에서 탄화하면 목탄의 pH가 약알칼리성이 되었으며, 900℃에서 탄화한 목탄의 경우 상수리목탄이 pH 10.7, 낙엽 송목탄이 pH 10.6으로 강알칼리성 을 나타내었다. 이는 탄화온도에 따라 생성되는 산성이나 염기성의 관능기 종류 및 양의 차이에 의한 것으로 저온탄화물에서는 산성의 관능 기가, 고온탄화물일수록 염기성의 관능기가 풍부해지기 때문으로 생각되어진다.
수종에 관계없이 탄화온도가 증가할수록 열량이 증가하다가 탄화 온도 600℃, 700℃에서 가장 높은 열량을 나타내고, 그 이상 탄화온도가 높더라도 열량의 증가는 나타나지 않았다 (Figure 2). 또한 수종 간에는 낙엽송목탄이 상수리목탄보다 열량이 다소 높았다.
나타내었다. 수종에 관계없이 탄화온도의 증가와 함께 탄소 비율이 증가하는 반면, 수소와 산소의 비율은 감소하였다. 탄소함량은 낙엽송은 탄화온도 600℃까지, 상수리나무는 탄화온도 700℃까지 비교적 畔르게 증가하나 그 이상의 온도에서는 큰 차이는 나타나지 않는 것으로 보아 본 실험에서 사용한 탄화로에 의한 목재 탄화는 600℃~700℃에서 탄화가 거의 완성되는 것으로 생각된다.
수종에 관계없이 탄화온도의 증가와 함께 탄소 비율이 증가하는 반면, 수소와 산소의 비율은 감소하였다. 탄소함량은 낙엽송은 탄화온도 600℃까지, 상수리나무는 탄화온도 700℃까지 비교적 畔르게 증가하나 그 이상의 온도에서는 큰 차이는 나타나지 않는 것으로 보아 본 실험에서 사용한 탄화로에 의한 목재 탄화는 600℃~700℃에서 탄화가 거의 완성되는 것으로 생각된다. 분말과 섬유상으로 탄화한 경우에도 탄화온도의 증가와 더불어 C의 함량이 증가하며, H, O 등의 원소는 감소하고, 탄화온도 60CTC까지는 이러한 변화가 컸으나, 그 이상의 탄화온도에서 탄화한 목질 탄은 변화폭이 적 었던 선행 연구의 결과와도 유사하였다。
탄화온도의 증가에 따라 pH, 탄소 함량, 요오드흡착량이 증가 하나, 수종에 따라 그 정도에 다소 차이가 있었으며, 탄화온도가 목탄 물성에 크게 영향을 주는 것이 판명이 되었다. 또한 고온탄화물일 수록 pH가 높아 산성인 초산 가스흡착제거율이 우수한 경향이 있었으나 탄화온도 600 r 이상에서는 초산가스 흡착성에 대한 차이가 명확하게 나타나지는 않았다.
이는 탄화온도에 따라 생성되는 산성이나 염기성의 관능기 종류 및 양의 차이에 의한 것으로 저온탄화물에서는 산성의 관능 기가, 고온탄화물일수록 염기성의 관능기가 풍부해지기 때문으로 생각되어진다. 한편 수종 간에는 목탄의 pH에 큰 차이를 나타내지는 않았으나, 거의 전 탄화온도영역에서 상수리나무 목탄의 pH가 낙엽송의 pH보다 높은 경향이 있었다.
한편 수종 간의 탄소 함량을 비교하면, 동일탄화 온도에서 낙엽송목탄이 상수리목탄보다 탄소 함량은 경향이 있었으며, 탄소함량이 거의 안정되는 탄화온도도 낮았다. 900℃에서 탄화한 목탄의 경우, 낙엽송목탄이 91.
후속연구
또한 고온탄화물일 수록 pH가 높아 산성인 초산 가스흡착제거율이 우수한 경향이 있었으나 탄화온도 600 r 이상에서는 초산가스 흡착성에 대한 차이가 명확하게 나타나지는 않았다. 이러한 결과로부터 목탄의 적정 용도 및 효과를 증진하기 위해서는 목탄의 흡착 특성을 세분화하여 용도에 맞는 목탄을 제조 및 사용하여야 할 것으로 생각된다.
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