[논문]활성탄의 세공크기와 흡착질의 물리적 특성과의 연관성이 흡착에 미치는 영향

강정화; 권준호; 김상원; 송승구

doi:10.5322/jes.2007.16.3.377

문제 정의

활성탄의 세공영역별 세공 크기와 흡착질의 물리적 특성과의 관련성이 흡착에 미치는 영향에 관해 살펴보았다. 활성탄의 일부 세공에는 흡착질이 중첩되어 흡착하는 것으로 사료되므로, 활성탄의 세공영역별로 흡착되는 흡착량을 예측 할 수 있는 모델을 찾고자 하였다.
활성탄의 일부 세공에는 흡착질이 중첩되어 흡착하는 것으로 사료되므로, 활성탄의 세공영역별로 흡착되는 흡착량을 예측 할 수 있는 모델을 찾고자 하였다. 이러한 시도에 활성탄으로는 ACT, ACA, ACI, 그리고 ACC가 이용되었고, 흡착 질로는 비 극성물질로는 benzene과 toluene이 극성물질로는 acetone, MEK가 사용되었다.

가설 설정

흡착 질의 분자 크기 (molecular diameter)는 Nist Chemistry WebBook에 실려진 분자의 형태와 Chem 3D를 사용하여 구한 값으로 가정하였다. Benzene의 경우 약 5A으로 가정하였고, toluene의 -경우. 약 6A으로.
약 6A으로. acetone은 4.3A으로, MEK는 5.6A으로 가정하여 고찰하였다.
활성탄의 세공영역별 세공 크기에 흡착질 분자가 흡착하여 흡착량이 어떻게 증감되는지 정확한 자료를 얻기 위해 전체 세공영역에서 흡착질 분자크기 이하의 세공영역을 제외하고 그 이상의 세공영역에서 1개의 흡착점에 1개의 흡착질 분자가 붙어 한 층으로만 흡착된다고 가정하였다. 그때 흡착인자를 1 이라고 하였다.
5%>, 그리고 MEK 는 Hanawa 사의 순도 99%를 사용하였다. 흡착 질의 분자 크기 (molecular diameter)는 Nist Chemistry WebBook에 실려진 분자의 형태와 Chem 3D를 사용하여 구한 값으로 가정하였다. Benzene의 경우 약 5A으로 가정하였고, toluene의 -경우.

제안 방법

BJH방법財)으로 측정한 ACT, ACA 그리 고 ACC 활성탄의 세공영역을 benzene 분자 크기에 따라 나눈 값을 분류하여 Fig. 1에 나타내고, 이들 활성탄에 흡착한 benzene의 흡착량을 Fig. 2에 나타내어 비교하였다.
각 활성탄별로 흡착온도, 25°C, 유입농도, 5, 000 ppmv에서의 평형 흡착량을/Table 2에 나타내어 비교하였다. Benzene의 흡착량과 toluene의 흡착량을 비교해보면 toluene의 흡착량이 다소 적은 것을 볼 수 있었다.
그런 다음 BET 자료를 이용하여 세 .공을 원통이라고 가정하고 각 평균 지름에 대환 세공의 부피를 계산하여 세공영역별로 부피를 합산하여 구하였다. 구해진 세공영역별 부피를 흡착 질의부피로 나누어주고, 그 값을 아보가드로 숫자로 나누어 주어 흡착량을 계산하였다.
공을 원통이라고 가정하고 각 평균 지름에 대환 세공의 부피를 계산하여 세공영역별로 부피를 합산하여 구하였다. 구해진 세공영역별 부피를 흡착 질의부피로 나누어주고, 그 값을 아보가드로 숫자로 나누어 주어 흡착량을 계산하였다. 실제 측정된 흡착 질의 흡착량과 계산된 흡착량이 비슷하게 나올 때까지 흡착제의 세공영역별 부피에 흡착인자를 계속 다르게 주어서 계산하였다.
흡착제의 표면적이 클수록 흡착 질의 흡착량이 증가하는 것은 일반적인 사실이다. 그러나 실제 흡착은 흡착제의' 세공분포에 영향을 받으며, 흡착 질의 분자 크기와 같은 물리적인 인자에 의해서도 영향을 받는 것으로 사료되어 본 실험실에서는 이들의 상관관계에 관한 많은 실험을 수행하였다. 흡착제로 사용되는 zeolite 5A와 zeolite 5A를 IN, 3N, 6N HC1로 개질한 개질 zeolite 5A를 이용하여 toluene의 흡착량의 변화를 고찰하였다.
앞의 실험 결과로 흡착질 분자 크기와 관련된 흡착제의 세공영역과 흡착 질의 흡착량과 관련성이 있을 것으로 생각하고 이들의 관계를 좀 더 자세하게 관찰하고 정량화하여 모델화하였다. 특히 활성탄의 일부 세공영역에 흡착 질이 중첩 되므로 金 세공의 표면적보다는 세공의 부피에 중첩 인자를 적용하여 어느 세공영역에 흡착 질이 주로 중첩되어 흡착하는지 고찰하였다.
활성탄의 세공영역을 흡착 질의 분자크기를 기준으로 1배〜2배, 2배〜4배, 4배〜6배 및 6배 이상으로 나누어 각 세공영역별 흡착량을 고찰하였다. 활성탄의 세공영역별 세공 크기에 흡착질 분자가 흡착하여 흡착량이 어떻게 증감되는지 정확한 자료를 얻기 위해 전체 세공영역에서 흡착질 분자크기 이하의 세공영역을 제외하고 그 이상의 세공영역에서 1개의 흡착점에 1개의 흡착질 분자가 붙어 한 층으로만 흡착된다고 가정하였다.
흡착질의 농도는 GC(HP 5890)를 사용해서 분석했으며, BET 비표면 측정 기 (Micromeritics, ASAP- 2010)를 이용하여 77K에서 질소(N₂)흡착에 의해 활성탄의 BET 비 표면적 (specific surface area, Sbet), 누적표면적 (cumulative surface area, Sbjh)을 측정하였다. 흡착량은 흡착 전후의 무게 차를 digital bal- ance(Shimadzu, BL2200H)로 측정하여 계산하였다.
그러나 실제 흡착은 흡착제의' 세공분포에 영향을 받으며, 흡착 질의 분자 크기와 같은 물리적인 인자에 의해서도 영향을 받는 것으로 사료되어 본 실험실에서는 이들의 상관관계에 관한 많은 실험을 수행하였다. 흡착제로 사용되는 zeolite 5A와 zeolite 5A를 IN, 3N, 6N HC1로 개질한 개질 zeolite 5A를 이용하여 toluene의 흡착량의 변화를 고찰하였다. 그 결과 흡착제의 비 표면적이 증가하지 않았는데도 불구하고 toluene의 흡착량이 증가한 것을 볼 수 있었다.
■ 흡착 관의 출구에서 유출농도(C) 가유입농도(Co)와 거의 같은 수준(C/Co=l)이 되었을 때를 흡착평형으로 간주하고 흡착실험을 종료하였다. 흡착질의 농도는 GC(HP 5890)를 사용해서 분석했으며, BET 비표면 측정 기 (Micromeritics, ASAP- 2010)를 이용하여 77K에서 질소(N₂)흡착에 의해 활성탄의 BET 비 표면적 (specific surface area, Sbet), 누적표면적 (cumulative surface area, Sbjh)을 측정하였다. 흡착량은 흡착 전후의 무게 차를 digital bal- ance(Shimadzu, BL2200H)로 측정하여 계산하였다.

대상 데이터

사용하였다. Benzene은 Junsei 사의 순도 99.5%를, toluene 은 Junsei 사의의 순도 99.9%를, acetone은 Crown 사의 순도 99.5%>, 그리고 MEK 는 Hanawa 사의 순도 99%를 사용하였다. 흡착 질의 분자 크기 (molecular diameter)는 Nist Chemistry WebBook에 실려진 분자의 형태와 Chem 3D를 사용하여 구한 값으로 가정하였다.
사용한 4종류의 활성탄은 3, 156~4, 101m2/g 범위의 BJH 누적표면적을 가지고 있었으며, ACC 활성탄이 제일 큰 누적 표면적(4, 101m2/g)을 가지고 있었다.
활성탄의 일부 세공에는 흡착질이 중첩되어 흡착하는 것으로 사료되므로, 활성탄의 세공영역별로 흡착되는 흡착량을 예측 할 수 있는 모델을 찾고자 하였다. 이러한 시도에 활성탄으로는 ACT, ACA, ACI, 그리고 ACC가 이용되었고, 흡착 질로는 비 극성물질로는 benzene과 toluene이 극성물질로는 acetone, MEK가 사용되었다. ACT, ACA, ACI 그리고 ACC활성탄의 세공영역과 흡착질의 흡착량을 도표로 비교했을 때에, 활성탄의 전체 세공영역과흡착량과순 어느 정도의 상관성을 가지는 것으로 나타났다.
흡착제는 여러 가지 원료로 제조된 4종류의 상업용 활성탄, ACT, ACA, ACI 그리고 ACC를 입수하여, 사용 전에 충분히 건조하여 실험에 사용하였다. 흡착질은 VOCs 물질 중 대표적인 비극성 용매인 benzene과 toluene을, 극성용매인 acetone과 MEK 를 사용하였다.
사용하였다. 흡착질은 VOCs 물질 중 대표적인 비극성 용매인 benzene과 toluene을, 극성용매인 acetone과 MEK 를 사용하였다. 사용하였다.

이론/모형

8. Cumulative surface area of various activated carbons according to pore sizes calculated by BJH method for adsorption of MEK.
1. Cumulative surface area of various activated carbons according to pore sizes calculated by BJH method for adsorption of benzene.
3. Cumulative surface area of various activated carbons according to pore sizes calculated by BJH method for adsorption of toluene.
7. Cumulative surface area of variousactivated carbons according to pore sizes calculated by BJH method for adsorption of acetone.

성능/효과

이러한 시도에 활성탄으로는 ACT, ACA, ACI, 그리고 ACC가 이용되었고, 흡착 질로는 비 극성물질로는 benzene과 toluene이 극성물질로는 acetone, MEK가 사용되었다. ACT, ACA, ACI 그리고 ACC활성탄의 세공영역과 흡착질의 흡착량을 도표로 비교했을 때에, 활성탄의 전체 세공영역과흡착량과순 어느 정도의 상관성을 가지는 것으로 나타났다. 세공영역별 세공 크기에 중첩인 자를 준 결과, 활성탄의 세공영역 중 흡착질 분자크기의 2~4 배 사이의 세공영역이 비극성 흡착 질의 흡착에 주로 영향을 미치는 것임을 알 수 있었다.
()1로 나타났으며. Fig. 11과 Fig. 12 에서 알 수 있는 바와 같이 acetone의 경우에는 ACC활성탄에서는 51.07%, ACI활성탄에서는 54.01%, ACA활성탄에서는 62.33%로 대략 50%가 넘는 오차범위가 발생한 것을 알 수 있으며, MEK의 경우에는 ACC활성탄에서는 57.79%, ACI 활성탄에서는 54.12%, ACA 활성탄에서는 44.66%로 대략 45%가 넘는 오차가 발생하였다.
그 결과 흡착제의 비 표면적이 증가하지 않았는데도 불구하고 toluene의 흡착량이 증가한 것을 볼 수 있었다. 그와 더불어 흡착제들의 전체 세공영 역과 toluene의 흡착량을 비교하자 두 그래프 사이에는 연관성이 미미하였지만, 흡착제들의 전체 세공영역 중 10A 이상의 세공 영역과 toluene의 흡착량과는 연관성을 가지며 특히 15A 이상의 세공영역과 제일 높은 상관관계를 가지는 것 2）으로 나타났다. 앞의 실험 결과로 흡착질 분자 크기와 관련된 흡착제의 세공영역과 흡착 질의 흡착량과 관련성이 있을 것으로 생각하고 이들의 관계를 좀 더 자세하게 관찰하고 정량화하여 모델화하였다.
이는 음전하를 띈 흡착제의 표면과 음전하의 acetone 분자와는 약간의 반발력이 작용할 뿐만 아니라 분자 크기가 작기 때문에 mobility의 영향이 커서 흡착이 되었다가도 다시 탈착이 되어 나가는 분자의 수도 많기 때문인 것으로 사료되었다. 두 물질에 공통으로 만족하는 흡착인자를 도출하면 흡착질의 분자 크기에서 분자크기의 2배 영역에는 0.21, 2배〜4배 영역에는 1.01, 4배〜6배 영역에서는 0.3 그리고 6배 영역 이상에서는 0.()1로 나타났으며. Fig.
ACT, ACA, ACI 그리고 ACC활성탄의 세공영역과 흡착질의 흡착량을 도표로 비교했을 때에, 활성탄의 전체 세공영역과흡착량과순 어느 정도의 상관성을 가지는 것으로 나타났다. 세공영역별 세공 크기에 중첩인 자를 준 결과, 활성탄의 세공영역 중 흡착질 분자크기의 2~4 배 사이의 세공영역이 비극성 흡착 질의 흡착에 주로 영향을 미치는 것임을 알 수 있었다. 그리고 그 세공영역에 비극성 흡착 질이 더 많이 주로 중첩되어 흡착하는 것으로 사료되었다.
이 흡착 인자 값을 보면 acetone과 MEK의 흡착도 비극성 흡착 질과 같게 흡착질 분자크기의 2배〜4배 영역의 세공크기에 영향을 가장 많이 받는 것으로 사료되었다. 계산된 ace- tone과 MEK의 경우에는 앞의 benzene 과 toluene 의 경우와는 달리 측정된 흡착량과 계산된 흡착량 사이의 오차가 많이 나는 것을 볼 수 있었다.
이처럼 benzene과 toluene 두 경우 흑 정과 계산된 흡착량 간의 차이는 약 29%의 범위 안에 드는 것을 확인할 수 있었다. 이러한 결과로 benzene과 toluene의 흡착에 가장 영향을 많이 미치는 흡착제의 세공영역은 흡착질 분자 크기의 2배에서 4배 사이의 세공영역인 것으로 판단할 수 있었다. 그리고 흡착인 자가 1 이상인 것을 감안하면 그 세공영역에서 흡착 질이 중첩되어 흡착되는 것으로 사료되었다.
30%의 차이가 발생하였다. 이처럼 benzene과 toluene 두 경우 흑 정과 계산된 흡착량 간의 차이는 약 29%의 범위 안에 드는 것을 확인할 수 있었다. 이러한 결과로 benzene과 toluene의 흡착에 가장 영향을 많이 미치는 흡착제의 세공영역은 흡착질 분자 크기의 2배에서 4배 사이의 세공영역인 것으로 판단할 수 있었다.
이는 benzene0] toluene보다 분자량과 분자크기에 있어 toluene보다. 조금 더 작아 mobility가 다 조금 더 커서 2~4배 사이의 세공영역보다 조금 더 적은 세공영역에도 많은 흡착이 일어나고, toiuene은 benzene보다 분자량과 분자 크기에 있어 조금 더 커서 mobility가 benzene 보다 적어 2〜4배의 세공영역과 그 이상의 세공영역에서 영향을 미치는 것으로 사료되었다. Benzene의 경우 2~4배 사이의 세공영역에 중첩되어 흡착한다는 결과는 grand potential energy와의 연관지어 benzene 의 흡착을 살펴본 논문协에서 보고된 결과와도 비슷하였다.

후속연구

그와 더불어 흡착제들의 전체 세공영 역과 toluene의 흡착량을 비교하자 두 그래프 사이에는 연관성이 미미하였지만, 흡착제들의 전체 세공영역 중 10A 이상의 세공 영역과 toluene의 흡착량과는 연관성을 가지며 특히 15A 이상의 세공영역과 제일 높은 상관관계를 가지는 것 2）으로 나타났다. 앞의 실험 결과로 흡착질 분자 크기와 관련된 흡착제의 세공영역과 흡착 질의 흡착량과 관련성이 있을 것으로 생각하고 이들의 관계를 좀 더 자세하게 관찰하고 정량화하여 모델화하였다. 특히 활성탄의 일부 세공영역에 흡착 질이 중첩 되므로 金 세공의 표면적보다는 세공의 부피에 중첩 인자를 적용하여 어느 세공영역에 흡착 질이 주로 중첩되어 흡착하는지 고찰하였다.

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증

활성탄의 세공크기와 흡착질의 물리적 특성과의 연관성이 흡착에 미치는 영향
Adsorption Affected by Relationship Between Pore Sizes of Activated Carbons and Physical Properties of Adsorbates 원문보기

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

가설 설정

제안 방법

대상 데이터

이론/모형

성능/효과

후속연구

참고문헌 (8)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

오픈액세스(OA) 유형

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

연합인증

활성탄의 세공크기와 흡착질의 물리적 특성과의 연관성이 흡착에 미치는 영향 Adsorption Affected by Relationship Between Pore Sizes of Activated Carbons and Physical Properties of Adsorbates 원문보기

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약 엑셀 다운로드 AI-Helper

문제 정의

가설 설정

제안 방법

대상 데이터

이론/모형

성능/효과

후속연구

참고문헌 (8)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

강정화 (2) 권준호 (4) 김상원 (1) 송승구 (45)

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

오픈액세스(OA) 유형

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

활성탄의 세공크기와 흡착질의 물리적 특성과의 연관성이 흡착에 미치는 영향
Adsorption Affected by Relationship Between Pore Sizes of Activated Carbons and Physical Properties of Adsorbates 원문보기

AI 본문요약
AI-Helper