선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 본 연구는 최적조건의 저온열분해 공정을 통해 생성된 하수슬 러지 탄화물을 고부가가치재인 활성탄으로 활용하기 위한 화학 적 활성화 공정의 개발에 관한 내용이다. 본 연구를 통해, 하수슬러지를 이용하여 고부가가치의 활성탄 을 제조할 수 있는 국내 기술을 확보하는 기반을 마련하는 동시 에 하수슬러지 처리와 재활용에 있어 적정 대응방안을 모색할 수 있을 것이라 판단된다.
- 본 연구는 최적조건의 저온열분해 공정을 통해 생성된 하수슬 러지 탄화물을 고부가가치재인 활성탄으로 활용하기 위한 화학 적 활성화 공정의 개발에 관한 내용이다. 본 연구를 통해, 하수슬러지를 이용하여 고부가가치의 활성탄 을 제조할 수 있는 국내 기술을 확보하는 기반을 마련하는 동시 에 하수슬러지 처리와 재활용에 있어 적정 대응방안을 모색할 수 있을 것이라 판단된다.
- 본 연구는 최적조건의 저온열분해 공정을 통해 생성된 하수슬 러지 탄화물을 고부가가치재인 활성탄으로 활용하기 위한 화학 적 활성화 공정의 개발에 관한 내용이다. 본 연구를 통해, 하수슬러지를 이용하여 고부가가치의 활성탄 을 제조할 수 있는 국내 기술을 확보하는 기반을 마련하는 동시 에 하수슬러지 처리와 재활용에 있어 적정 대응방안을 모색할 수 있을 것이라 판단된다.
제안 방법
- 활성화제의 침적비율에 따른 활성탄의 비표면적 비교 본 연구에서는 탄소와 활성화제(KOH, NaOH)가 가장 유리 한 활성화반응을 보이는 반응식에서 Gibbs free energy 변화량 (스G) 값이 공통적으로 음의 값(z/G<0)을 가지기 시작하는 73 0”C를 활성화 온도로 선택하였으며 반응시간은 60분으로 설정 하였다. 800"C에서 60분 저온열분해 조건으로 생산된 최적화된 하수슬러지 탄화물을 화학적 활성화공정의 중간 재료로 사용하 였으며, 탄화물 대 KOH의 침적비율을 25, 50, 75, 100, 125, 150, 175 및 200 wt%로 실험하였으며, NaOH의 경우 100 wt% 이상의 침적비율 적용시 세공 발달이 전혀 이루어 지지 않는 관 계로 침적비율을 25, 50, 75, 100 wt%로 설정하여 실험하였다. 활성화제(KOH, NaOH)의 침적비율에 따라 활성화공정을 마친 하수슬러지 탄화물을 우선 5M 염산으로 세정하여 활성화제의 중화과정을 진행한 후 증류수로 5회 세척하고 건조하여 활성탄 을 제조하였다.
- 활성화제의 침적비율에 따른 활성탄의 비표면적 비교 본 연구에서는 탄소와 활성화제(KOH, NaOH)가 가장 유리 한 활성화반응을 보이는 반응식에서 Gibbs free energy 변화량 (스G) 값이 공통적으로 음의 값(z/G<0)을 가지기 시작하는 73 0”C를 활성화 온도로 선택하였으며 반응시간은 60분으로 설정 하였다. 800"C에서 60분 저온열분해 조건으로 생산된 최적화된 하수슬러지 탄화물을 화학적 활성화공정의 중간 재료로 사용하 였으며, 탄화물 대 KOH의 침적비율을 25, 50, 75, 100, 125, 150, 175 및 200 wt%로 실험하였으며, NaOH의 경우 100 wt% 이상의 침적비율 적용시 세공 발달이 전혀 이루어 지지 않는 관 계로 침적비율을 25, 50, 75, 100 wt%로 설정하여 실험하였다. 활성화제(KOH, NaOH)의 침적비율에 따라 활성화공정을 마친 하수슬러지 탄화물을 우선 5M 염산으로 세정하여 활성화제의 중화과정을 진행한 후 증류수로 5회 세척하고 건조하여 활성탄 을 제조하였다.
- Figure 3고F 같이 500~900t까지 1.00"C의 간격으로 실험온 도를 설정하고 각 온도에 대한 등온유지 시간을 ©0분으로 고정 하여 하수슬러지를 탄화시킨 후 BET 값과 요오드 흡착력을 비 교하였다. 실험 결과 800’C의 온도에서 가장 우수한 탄화물이 생성되는 것을 알 수 있었다.
- "Figure 3과 같이 500~900t까지 1.00""C의 간격으로 실험온 도를 설정하고 각 온도에 대한 등온유지 시간을 60분으로 고정하여 하수슬러지를 탄화시킨 후 BET 값과 요오드 흡착력을 비교하였다."
- SEM 영상 활성화제(KOH, NaOH)의 선택에 따른 활성탄의 세공발달 정도의 차이를 직접 확인하기 위해 SEM 사진을 이용하였다. 5M 염산으로 중화 후 증류수를 이용하여 세척을 완료한 활성탄 을 가지고 SEM 사진을 촬영하였다. 전처리를 통해 완성된 활성 탄을 이용하여 SEM으로 3,000배의 배율로 촬영하여 활성탄의 세공발달 여부를 확인하였다.
- SEM 영상 활성화제(KOH, NaOH)의 선택에 따른 활성탄의 세공발달 정도의 차이를 직접 확인하기 위해 SEM 사진을 이용하였다. 5M 염산으로 중화 후 증류수를 이용하여 세척을 완료한 활성탄 을 가지고 SEM 사진을 촬영하였다. 전처리를 통해 완성된 활성 탄을 이용하여 SEM으로 3,000배의 배율로 촬영하여 활성탄의 세공발달 여부를 확인하였다.
- 3. SEM 영상 활성화제(KOH, NaOH)의 선택에 따른 활성탄의 세공발달 정도의 차이를 직접 확인하기 위해 SEM 사진을 이용하였다. 5M 염산으로 중화 후 증류수를 이용하여 세척을 완료한 활성탄 을 가지고 SEM 사진을 촬영하였다.
- 6K0H + 2(7 27f+ 3冬 + 2冬 CC& (3) 위 Eq 3에서 Gibbs free energy 변화량은 630°C 이상에서 음 의 값을 가진다. 그러나 본 연구에서는 동일한 활성화 온도조건 과 동일한 활성화제의 침적비율을 적용하여 KOH와 NaOH에 의한 화학적 활성화 성능을 비교해야 하므로 KOH를 이용한 화 학적 활성화공정에서도 NaOH와 마찬가지로 730°C의 반응온 도로 화학적 활성화 실험을 진행하였으며 반응시간은 60분으로 설정하였다[8].
- 6K0H + 2(7 27f+ 3冬 + 2冬 CC& (3) 위 Eq 3에서 Gibbs free energy 변화량은 630°C 이상에서 음 의 값을 가진다. 그러나 본 연구에서는 동일한 활성화 온도조건 과 동일한 활성화제의 침적비율을 적용하여 KOH와 NaOH에 의한 화학적 활성화 성능을 비교해야 하므로 KOH를 이용한 화 학적 활성화공정에서도 NaOH와 마찬가지로 730°C의 반응온 도로 화학적 활성화 실험을 진행하였으며 반응시간은 60분으로 설정하였다[8].
- 우선, 500-900°C^] 100°C의 간격으로 실험온도를 설정하고 각 온도에 대한 등온유지 시간을 60분으로 고정하여 하수슬러지를 탄화시킨 후 각각의 BET값과 요오드 흡착력을 비교하여 최적의 탄화온도를 확인하였다. 그리고 최적 의 탄화온도에서 등온유지 시간을 변화시켜가며 하수슬러지를 탄화시킨 후, 동일한 방법으로 BET 값과 요오드 흡착력을 비교 하여 하수슬러지의 최적 탄화조건을;도출하였다.
- 우선, 500-900°C^] 100°C의 간격으로 실험온도를 설정하고 각 온도에 대한 등온유지 시간을 60분으로 고정하여 하수슬러지를 탄화시킨 후 각각의 BET값과 요오드 흡착력을 비교하여 최적의 탄화온도를 확인하였다. 그리고 최적 의 탄화온도에서 등온유지 시간을 변화시켜가며 하수슬러지를 탄화시킨 후, 동일한 방법으로 BET 값과 요오드 흡착력을 비교 하여 하수슬러지의 최적 탄화조건을;도출하였다.
- 1. 미세기공 및 표면적 측정 활성화공정을 통해 생산된 활성탄의 미세기공 및 비표면적 측 정을 위해 기상흡착장치(volumetric adsorption analyzer)의 일 종인 ASAP2010 (Micrometitics Co., U.SA)를 이용하여 此를 대상으로 미세기공 및 비표면적(BKQ을 측정하였다. 분석에 앞 서 시료를 파쇄하고 35 mesh의 testing sieve를 통과시켜 500 /rm 미만으로 제어 후에 전처리과정이라 할 수 있는 탈기체 공 정을 12시간에 걸쳐 2단계로 나누어 시행하였다.
- 본 전기로는 반응기의 길이가 100 mm이고, 내경이 45 mm, 외경이 50 mm인 알루미나 반응관을 사용하였다. 반응기 내의 반응온도는 K-type 열전대에 연결된 온도측정장치를 사용하여 측정하였다. 하수슬러지 탄화물의 화학적 활성화공정에서는 반 응기 내부에서 화학적 활성화반응 후 발생하는 가스와 금속원소 (Na, K)를 급속히 반응기 외부로 배출시켜 활성화제와 하수슬러 지 탄화물의 연속적 화학적 활성화반응을 유도해야 한다[3].
- 본 전기로는 반응기의 길이가 100 mm이고, 내경이 45 mm, 외경이 50 mm인 알루미나 반응관을 사용하였다. 반응기 내의 반응온도는 K-type 열전대에 연결된 온도측정장치를 사용하여 측정하였다. 하수슬러지 탄화물의 화학적 활성화공정에서는 반 응기 내부에서 화학적 활성화반응 후 발생하는 가스와 금속원소 (Na, K)를 급속히 반응기 외부로 배출시켜 활성화제와 하수슬러 지 탄화물의 연속적 화학적 활성화반응을 유도해야 한다[3].
- 본 분석방법은 시료에 요오드용액을 가하여 흡착시킨 후, 상 층액을 분리하고 지시약으로 녹말 용액을 가하여 티오황산나트 륨 용액으로 적정하여 잔류하고 있는 요오드 농도로부터 요오드 34 청정기술, 제15권 제1호, 2009년 3월 흡착량을 구하고, 흡착등은선을 그린 후, 그 흡착 등온선에서 요 오드의 잔류농도가 2.5 臥1,000 일 때의 흡착량을 구하여 요오 드 흡착성능으로 하였다.
- 본 분석방법은 시료에 요오드용액을 가하여 흡착시킨 후, 상층 액을 분리하고 지시약으로 녹말 용액을 가하여 티오황산나트륨 용액으로 적정하여 잔류하고 있는 요오드 농도로부터 요오드흡착량을 구하고, 흡착등은선을 그린 후, 그 흡착 등온선에서 요오드의 잔류농도가 2.5 g/1, 000 일 때의 흡착량을 구하여 요오드 흡착성능으로 하였다.
- 활성탄 세정방법 세정은 활성탄의 세공내부와 표면에 잔류하는 활성화제와 가 스, 금속원소(Na, 아등을 제거하기 위한 공정이라 할 수 있다. 본 연구에서는 5 M 염산으로 세정하여 활성화제의 중화과정을 진행한 후 증류수로 5회 세척한 다음, 건조하여 활성탄을 생산하 였다. 이와 같은 방법으로 활성탄을 각각 세정한 시료를 동일하 게 105±5°C 의 온도로 약 12시간 건조하여 각각의 성능을 비교 하였다[8].
- 활성탄 세정방법 세정은 활성탄의 세공내부와 표면에 잔류하는 활성화제와 가 스, 금속원소(Na, 아등을 제거하기 위한 공정이라 할 수 있다. 본 연구에서는 5 M 염산으로 세정하여 활성화제의 중화과정을 진행한 후 증류수로 5회 세척한 다음, 건조하여 활성탄을 생산하 였다. 이와 같은 방법으로 활성탄을 각각 세정한 시료를 동일하 게 105±5°C 의 온도로 약 12시간 건조하여 각각의 성능을 비교 하였다[8].
- 활성화 실험장치 구성 본 연구의 활성화 실험에 사용된 장치의 개략도를 Figure 2에 나타내었다. 본 연구에서는 정확한 실험온도의 제어를 위해 전 기로를 사용하였다. 전기로는 최고 l,500°C까지 승온이 가능하 며 발열체는 SiC로 구성되어 있다.
- 본 연구에서는 최적의 탄화조건에서 얻은 하수슬러지 탄화 물을 침적약품에 의한 화학적 활성화법을 이용하여 활성탄을 제 조하였으며, 활성화제는 KOH와 NaOH를 사용하였다. 특히 본 연구에서 사용한 활성화제인 KOH는 높은 비표면적을 얻을 수 있는 활성화제로서 각광을 받고 있으며 그에 대한 연구가 활발 히 진행 중에 있다.
- 2. 활성화제의 침적비율에 따른 활성탄의 비표면적 비교 본 연구에서는 탄소와 활성화제(KOH, NaOH)가 가장 유리 한 활성화반응을 보이는 반응식에서 Gibbs free energy 변화량 (스G) 값이 공통적으로 음의 값(z/G<0)을 가지기 시작하는 73 0”C를 활성화 온도로 선택하였으며 반응시간은 60분으로 설정 하였다. 800"C에서 60분 저온열분해 조건으로 생산된 최적화된 하수슬러지 탄화물을 화학적 활성화공정의 중간 재료로 사용하 였으며, 탄화물 대 KOH의 침적비율을 25, 50, 75, 100, 125, 150, 175 및 200 wt%로 실험하였으며, NaOH의 경우 100 wt% 이상의 침적비율 적용시 세공 발달이 전혀 이루어 지지 않는 관 계로 침적비율을 25, 50, 75, 100 wt%로 설정하여 실험하였다.
- SA)를 이용하여 此를 대상으로 미세기공 및 비표면적(BKQ을 측정하였다. 분석에 앞 서 시료를 파쇄하고 35 mesh의 testing sieve를 통과시켜 500 /rm 미만으로 제어 후에 전처리과정이라 할 수 있는 탈기체 공 정을 12시간에 걸쳐 2단계로 나누어 시행하였다. 우선 1단계로 150°C에서 시료의 표면과 세공에 잔류할 수 있는 수분을 제거하 였으며, 2단계로 300°C에서 시료의 세공에 잔류할 수 있는 불순 물과 휘발성 물질 등을 제거하였다.
- SA)를 이용하여 此를 대상으로 미세기공 및 비표면적(BKQ을 측정하였다. 분석에 앞 서 시료를 파쇄하고 35 mesh의 testing sieve를 통과시켜 500 /rm 미만으로 제어 후에 전처리과정이라 할 수 있는 탈기체 공 정을 12시간에 걸쳐 2단계로 나누어 시행하였다. 우선 1단계로 150°C에서 시료의 표면과 세공에 잔류할 수 있는 수분을 제거하 였으며, 2단계로 300°C에서 시료의 세공에 잔류할 수 있는 불순 물과 휘발성 물질 등을 제거하였다.
- 온도를 최적 탄화온도인 800°C로 고정한 뒤 등온유지 시간을 각 각 15분, 30분, 60분 그리고 90분으로 설정하여 탄화시킨 후, BET 값과 요오드 흡착력을 분석하여 하수슬러지의 최적 탄화조건을 확 인하였다. Figure 4와 같이 하수슬러지 최적 탄화시간은 800°C에 서 60분으로 확인되었으며, 이 최적 탄화조건에서의 BET 값과 요 오드 흡착력은 각각 85.
- 온도를 최적 탄화온도인 800°C로 고정한 뒤 등온유지 시간을 각 각 15분, 30분, 60분 그리고 90분으로 설정하여 탄화시킨 후, BET 값과 요오드 흡착력을 분석하여 하수슬러지의 최적 탄화조건을 확 인하였다. Figure 4와 같이 하수슬러지 최적 탄화시간은 800°C에 서 60분으로 확인되었으며, 이 최적 탄화조건에서의 BET 값과 요 오드 흡착력은 각각 85.
- 3. 활성화제의 침적비율에 따른 활성탄의 요오드 흡착력 비교 요오드 흡착력 실험은 앞서 진행한 비표면적 측정방법과 동일한 방법으로 활성화제(KOH, NaOH)의 침적비율에 따라 최적화된 하 수슬러지 탄화물과 활성화반응을 진행한 후에 동일한 세정방법을 적용 후, 활성탄의 요오드 흡착성능을 비교하였다. 활성탄을 세정 한 후 세정한 시료를 동일하게 105±5”C의 온도로 약 12시간 건조 하여 각각의 ⑨
- 분석에 앞 서 시료를 파쇄하고 35 mesh의 testing sieve를 통과시켜 500 /rm 미만으로 제어 후에 전처리과정이라 할 수 있는 탈기체 공 정을 12시간에 걸쳐 2단계로 나누어 시행하였다. 우선 1단계로 150°C에서 시료의 표면과 세공에 잔류할 수 있는 수분을 제거하 였으며, 2단계로 300°C에서 시료의 세공에 잔류할 수 있는 불순 물과 휘발성 물질 등을 제거하였다.
- 분석에 앞 서 시료를 파쇄하고 35 mesh의 testing sieve를 통과시켜 500 /rm 미만으로 제어 후에 전처리과정이라 할 수 있는 탈기체 공 정을 12시간에 걸쳐 2단계로 나누어 시행하였다. 우선 1단계로 150°C에서 시료의 표면과 세공에 잔류할 수 있는 수분을 제거하 였으며, 2단계로 300°C에서 시료의 세공에 잔류할 수 있는 불순 물과 휘발성 물질 등을 제거하였다.
- 하수슬러지의 최적 탄화조건 도출 활성탄의 재료가 되는 하수슬러지 탄화물을 제조하는 과정 에 서 실험온도와 등온유지 시간에 따른 변수를 고려하여 최적 탄 화조건을 알아보았다. 우선, 500-900°C^] 100°C의 간격으로 실험온도를 설정하고 각 온도에 대한 등온유지 시간을 60분으로 고정하여 하수슬러지를 탄화시킨 후 각각의 BET값과 요오드 흡착력을 비교하여 최적의 탄화온도를 확인하였다. 그리고 최적 의 탄화온도에서 등온유지 시간을 변화시켜가며 하수슬러지를 탄화시킨 후, 동일한 방법으로 BET 값과 요오드 흡착력을 비교 하여 하수슬러지의 최적 탄화조건을;도출하였다.
- 위와 같이 탄화물에 대한 활성화제(KOH, NaOH)의 침적비 율에 따라 최종 생산된 활성탄을 대상으로 각각의 비표면적 (BET)을 평가해 보았다. Figure 5와 Figure 6을 통해 실험결과 를 살펴보면 KOH 침적비율이 100 wt%일 때 가장 우수한 BET 값을 나타내었으며, NaOH 침적비율은 50 wt%일 때 BET 값이 가장 높게 나타났다.
- 위와 같이 탄화물에 대한 활성화제(KOH, NaOH)의 침적비 율에 따라 최종 생산된 활성탄을 대상으로 각각의 비표면적 (BET)을 평가해 보았다. Figure 5와 Figure 6을 통해 실험결과 를 살펴보면 KOH 침적비율이 100 wt%일 때 가장 우수한 BET 값을 나타내었으며, NaOH 침적비율은 50 wt%일 때 BET 값이 가장 높게 나타났다.
- 본 연구에서는 5 M 염산으로 세정하여 활성화제의 중화과정을 진행한 후 증류수로 5회 세척한 다음, 건조하여 활성탄을 생산하 였다. 이와 같은 방법으로 활성탄을 각각 세정한 시료를 동일하 게 105±5°C 의 온도로 약 12시간 건조하여 각각의 성능을 비교 하였다[8].
- 본 연구에서는 5 M 염산으로 세정하여 활성화제의 중화과정을 진행한 후 증류수로 5회 세척한 다음, 건조하여 활성탄을 생산하 였다. 이와 같은 방법으로 활성탄을 각각 세정한 시료를 동일하 게 105±5°C 의 온도로 약 12시간 건조하여 각각의 성능을 비교 하였다[8].
- 활성탄의 표면 이미지 비교 활성화제(KOH, NaOH)의 선택에 따른 활성탄의 세공발달 정도의 차이를 직접 확인하기 위해 SEM을 사용하였다. 전처리 가 완료된 활성탄의 세공을 확인하기 위해 SEM에서 3000배의 배율로 촬영하여 발달된 활성탄의 표면을 관찰하였다. KOH가 NaOH에 비해 하수슬러지 탄화물과의 반응성이 비교적 우수함 을 Figure 9와 Figure 10의 SEM 사진을 통해 확인할 수 있다.
- 활성탄의 표면 이미지 비교 활성화제(KOH, NaOH)의 선택에 따른 활성탄의 세공발달 정도의 차이를 직접 확인하기 위해 SEM을 사용하였다. 전처리 가 완료된 활성탄의 세공을 확인하기 위해 SEM에서 3000배의 배율로 촬영하여 발달된 활성탄의 표면을 관찰하였다. KOH가 NaOH에 비해 하수슬러지 탄화물과의 반응성이 비교적 우수함 을 Figure 9와 Figure 10의 SEM 사진을 통해 확인할 수 있다.
- 5M 염산으로 중화 후 증류수를 이용하여 세척을 완료한 활성탄 을 가지고 SEM 사진을 촬영하였다. 전처리를 통해 완성된 활성 탄을 이용하여 SEM으로 3,000배의 배율로 촬영하여 활성탄의 세공발달 여부를 확인하였다.
- 5M 염산으로 중화 후 증류수를 이용하여 세척을 완료한 활성탄 을 가지고 SEM 사진을 촬영하였다. 전처리를 통해 완성된 활성 탄을 이용하여 SEM으로 3,000배의 배율로 촬영하여 활성탄의 세공발달 여부를 확인하였다.
- 1. 하수슬러지의 최적 탄화조건 도출 활성탄의 재료가 되는 하수슬러지 탄화물을 제조하는 과정 에 서 실험온도와 등온유지 시간에 따른 변수를 고려하여 최적 탄 화조건을 알아보았다. 우선, 500-900°C^] 100°C의 간격으로 실험온도를 설정하고 각 온도에 대한 등온유지 시간을 60분으로 고정하여 하수슬러지를 탄화시킨 후 각각의 BET값과 요오드 흡착력을 비교하여 최적의 탄화온도를 확인하였다.
- 특히 본 연구에서 사용한 활성화제인 KOH는 높은 비표면적을 얻을 수 있는 활성화제로서 각광을 받고 있으며 그에 대한 연구가 활발 히 진행 중에 있다. 화학적 실험을 위해 하수슬러지 탄화물에 대한 활성화제의 침적비율을 중량비로 환산하였다.
- 1. 하수슬러지의 최적 탄화조건 도출 활성탄의 재료가 되는 하수슬러지 탄화물을 제조하는 과정 에 서 실험온도와 등온유지 시간에 따른 변수를 고려하여 최적 탄 화조건을 알아보았다. 우선, 500-900°C^] 100°C의 간격으로 실험온도를 설정하고 각 온도에 대한 등온유지 시간을 60분으로 고정하여 하수슬러지를 탄화시킨 후 각각의 BET값과 요오드 흡착력을 비교하여 최적의 탄화온도를 확인하였다.
- 활성화공정을 통해 생산된 활성탄의 미세기공 및 비표면적 측정을 위해 기상흡착장치(volumetric adsorption analyzer)의 일종인 ASAP2010 (Micrometitics Co., U.SA)를 이용하여 N2를대상으로 미세기공 및 비표면적(BKQ을 측정하였다.
- 3. SEM 영상 활성화제(KOH, NaOH)의 선택에 따른 활성탄의 세공발달 정도의 차이를 직접 확인하기 위해 SEM 사진을 이용하였다. 5M 염산으로 중화 후 증류수를 이용하여 세척을 완료한 활성탄 을 가지고 SEM 사진을 촬영하였다.
- 4. 활성탄의 표면 이미지 비교 활성화제(KOH, NaOH)의 선택에 따른 활성탄의 세공발달 정도의 차이를 직접 확인하기 위해 SEM을 사용하였다. 전처리 가 완료된 활성탄의 세공을 확인하기 위해 SEM에서 3000배의 배율로 촬영하여 발달된 활성탄의 표면을 관찰하였다.
- 800"C에서 60분 저온열분해 조건으로 생산된 최적화된 하수슬러지 탄화물을 화학적 활성화공정의 중간 재료로 사용하 였으며, 탄화물 대 KOH의 침적비율을 25, 50, 75, 100, 125, 150, 175 및 200 wt%로 실험하였으며, NaOH의 경우 100 wt% 이상의 침적비율 적용시 세공 발달이 전혀 이루어 지지 않는 관 계로 침적비율을 25, 50, 75, 100 wt%로 설정하여 실험하였다. 활성화제(KOH, NaOH)의 침적비율에 따라 활성화공정을 마친 하수슬러지 탄화물을 우선 5M 염산으로 세정하여 활성화제의 중화과정을 진행한 후 증류수로 5회 세척하고 건조하여 활성탄 을 제조하였다.
- 800"C에서 60분 저온열분해 조건으로 생산된 최적화된 하수슬러지 탄화물을 화학적 활성화공정의 중간 재료로 사용하 였으며, 탄화물 대 KOH의 침적비율을 25, 50, 75, 100, 125, 150, 175 및 200 wt%로 실험하였으며, NaOH의 경우 100 wt% 이상의 침적비율 적용시 세공 발달이 전혀 이루어 지지 않는 관 계로 침적비율을 25, 50, 75, 100 wt%로 설정하여 실험하였다. 활성화제(KOH, NaOH)의 침적비율에 따라 활성화공정을 마친 하수슬러지 탄화물을 우선 5M 염산으로 세정하여 활성화제의 중화과정을 진행한 후 증류수로 5회 세척하고 건조하여 활성탄 을 제조하였다.
- 2. 활성화제의 침적비율에 따른 활성탄의 비표면적 비교 본 연구에서는 탄소와 활성화제(KOH, NaOH)가 가장 유리 한 활성화반응을 보이는 반응식에서 Gibbs free energy 변화량 (스G) 값이 공통적으로 음의 값(z/G<0)을 가지기 시작하는 73 0”C를 활성화 온도로 선택하였으며 반응시간은 60분으로 설정 하였다. 800"C에서 60분 저온열분해 조건으로 생산된 최적화된 하수슬러지 탄화물을 화학적 활성화공정의 중간 재료로 사용하 였으며, 탄화물 대 KOH의 침적비율을 25, 50, 75, 100, 125, 150, 175 및 200 wt%로 실험하였으며, NaOH의 경우 100 wt% 이상의 침적비율 적용시 세공 발달이 전혀 이루어 지지 않는 관 계로 침적비율을 25, 50, 75, 100 wt%로 설정하여 실험하였다.
- 3. 활성화제의 침적비율에 따른 활성탄의 요오드 흡착력 비교 요오드 흡착력 실험은 앞서 진행한 비표면적 측정방법과 동일한 방법으로 활성화제(KOH, NaOH)의 침적비율에 따라 최적화된 하 수슬러지 탄화물과 활성화반응을 진행한 후에 동일한 세정방법을 적용 후, 활성탄의 요오드 흡착성능을 비교하였다. 활성탄을 세정 한 후 세정한 시료를 동일하게 105±5”C의 온도로 약 12시간 건조 하여 각각의 ⑨
대상 데이터
- 활성화 실험장치 구성 본 연구의 활성화 실험에 사용된 장치의 개략도를 Figure 2에 나타내었다. 본 연구에서는 정확한 실험온도의 제어를 위해 전 기로를 사용하였다. 전기로는 최고 l,500°C까지 승온이 가능하 며 발열체는 SiC로 구성되어 있다.
- 본 연구에서는 최적의 탄화조건에서 얻은 하수슬러지 탄화 물을 침적약품에 의한 화학적 활성화법을 이용하여 활성탄을 제 조하였으며, 활성화제는 KOH와 NaOH를 사용하였다. 특히 본 연구에서 사용한 활성화제인 KOH는 높은 비표면적을 얻을 수 있는 활성화제로서 각광을 받고 있으며 그에 대한 연구가 활발 히 진행 중에 있다.
- 그리고 온도의 설정은 PID controller에 의해서 설정온도의 ±5°C 이내로 조절이 가능하다. 본 전기로는 반응기의 길이가 100 mm이고, 내경이 45 mm, 외경이 50 mm인 알루미나 반응관을 사용하였다. 반응기 내의 반응온도는 K-type 열전대에 연결된 온도측정장치를 사용하여 측정하였다.
이론/모형
- 2. 요오드 흡착력 활성화공정을 통해 생산된 활성탄의 요오드흡착력 또는 요오 드7}(iodine number)평가를 위해 활성탄의 흡착성능 평가방법 인 한국공업규격(KS M 1802:2003) 시험법을 이용하였다.
- 4. 활성탄의 표면 이미지 비교 활성화제(KOH, NaOH)의 선택에 따른 활성탄의 세공발달 정도의 차이를 직접 확인하기 위해 SEM을 사용하였다. 전처리 가 완료된 활성탄의 세공을 확인하기 위해 SEM에서 3000배의 배율로 촬영하여 발달된 활성탄의 표면을 관찰하였다.
- 2. 요오드 흡착력 활성화공정을 통해 생산된 활성탄의 요오드흡착력 또는 요오 드7}(iodine number)평가를 위해 활성탄의 흡착성능 평가방법 인 한국공업규격(KS M 1802:2003) 시험법을 이용하였다.
성능/효과
- 하수슬러지 탄화물과 활성탄제의 화학적 반응을 이용한 활성 탄 제조공정 연구를 통해 얻은 결론은 다음과 같다. (1) 탄소와 활성화제(KOH, NaOH)가 가장 유리한 활성화 반응 을 보이는 반응식 에서 Gibbs free energy 변화량(z/G<0)을 가지기 시작하는 73O°C를 최저 활성화온도로 선택하여 하수 슬러지 탄화물과 각각 60분간 반응시킨 결과, KOH 침적비 율이 75 wt%, NaOH 침적비율이 50 wt%일 때 다른 실험조 건에 비해 우수한 성능을 나타내는 것을 확인하였다. (2) 화학적 활성화공정에서 최적조건으로 제조된 하수슬러지 활 성탄의 BET값과 요오드 흡착량은 일반적인 활성탄(BET surface area: 500—1,700 m2/g, 요오드 흡착력: 900—1,100 mg/g)에 작기 때문에 이를 상용화하기에는 적합하지 않으 며, 향후 활성화제와 탄소의 반응온도와 반응시간을 변화시 켜가면서 Arrhenius 형태의 반응속도 정수를 구하여 산업화 에 필요한 최적의 조업조건을 찾는 연구가 보완되어야 할 것 이라 판단된다.
- 하수슬러지 탄화물과 활성탄제의 화학적 반응을 이용한 활성 탄 제조공정 연구를 통해 얻은 결론은 다음과 같다. (1) 탄소와 활성화제(KOH, NaOH)가 가장 유리한 활성화 반응 을 보이는 반응식 에서 Gibbs free energy 변화량(z/G<0)을 가지기 시작하는 73O°C를 최저 활성화온도로 선택하여 하수 슬러지 탄화물과 각각 60분간 반응시킨 결과, KOH 침적비 율이 75 wt%, NaOH 침적비율이 50 wt%일 때 다른 실험조 건에 비해 우수한 성능을 나타내는 것을 확인하였다. (2) 화학적 활성화공정에서 최적조건으로 제조된 하수슬러지 활 성탄의 BET값과 요오드 흡착량은 일반적인 활성탄(BET surface area: 500—1,700 m2/g, 요오드 흡착력: 900—1,100 mg/g)에 작기 때문에 이를 상용화하기에는 적합하지 않으 며, 향후 활성화제와 탄소의 반응온도와 반응시간을 변화시 켜가면서 Arrhenius 형태의 반응속도 정수를 구하여 산업화 에 필요한 최적의 조업조건을 찾는 연구가 보완되어야 할 것 이라 판단된다.
- (2) 화학적 활성화공정에서 최적조건으로 제조된 하수슬러지 활 성탄의 BET값과 요오드 흡착량은 일반적인 활성탄(BET surface area: 500—1,700 m2/g, 요오드 흡착력: 900—1,100 mg/g)에 작기 때문에 이를 상용화하기에는 적합하지 않으 며, 향후 활성화제와 탄소의 반응온도와 반응시간을 변화시 켜가면서 Arrhenius 형태의 반응속도 정수를 구하여 산업화 에 필요한 최적의 조업조건을 찾는 연구가 보완되어야 할 것 이라 판단된다. (3) 화학적 활성화공정에서는 반응기 내부에서 화학적 활성화반 응 후 발생하는 가스와 금속원소(K, Na)를 급속히 반응기 외 부로 배출시켜 활성화제와 하수슬러지 탄화물의 연속적 화 학적 활성화반응을 유도해야 한다. 따라서 지속적인 활성화 반응의 유도를 위해 정량 공급되는 질소가스 유속의 변화가 활성탄의 물성치에 영향을 미칠 수 있을 것이라 판단되며, 이에 대한 추가적인 연구가 필요하다.
- (2) 화학적 활성화공정에서 최적조건으로 제조된 하수슬러지 활 성탄의 BET값과 요오드 흡착량은 일반적인 활성탄(BET surface area: 500—1,700 m2/g, 요오드 흡착력: 900—1,100 mg/g)에 작기 때문에 이를 상용화하기에는 적합하지 않으 며, 향후 활성화제와 탄소의 반응온도와 반응시간을 변화시 켜가면서 Arrhenius 형태의 반응속도 정수를 구하여 산업화 에 필요한 최적의 조업조건을 찾는 연구가 보완되어야 할 것 이라 판단된다. (3) 화학적 활성화공정에서는 반응기 내부에서 화학적 활성화반 응 후 발생하는 가스와 금속원소(K, Na)를 급속히 반응기 외 부로 배출시켜 활성화제와 하수슬러지 탄화물의 연속적 화 학적 활성화반응을 유도해야 한다. 따라서 지속적인 활성화 반응의 유도를 위해 정량 공급되는 질소가스 유속의 변화가 활성탄의 물성치에 영향을 미칠 수 있을 것이라 판단되며, 이에 대한 추가적인 연구가 필요하다.
- 위와 같이 탄화물에 대한 활성화제(KOH, NaOH)의 침적비 율에 따라 최종 생산된 활성탄을 대상으로 각각의 비표면적 (BET)을 평가해 보았다. Figure 5와 Figure 6을 통해 실험결과 를 살펴보면 KOH 침적비율이 100 wt%일 때 가장 우수한 BET 값을 나타내었으며, NaOH 침적비율은 50 wt%일 때 BET 값이 가장 높게 나타났다. KOH 침적비율을 125 wt%로 증가시키거 나 NaOH 침적비율을 75%로 증가시킬 경우 활성탄의 BET값 이 급격히 감소되는 경향을 나타났는데, 이는 과량의 활성화제 가 활성탄의 세공(pore)에 남아 있어서 BET 값을 낮추기 때문 이다｛8].
- 00"C의 간격으로 실험온 도를 설정하고 각 온도에 대한 등온유지 시간을 ©0분으로 고정 하여 하수슬러지를 탄화시킨 후 BET 값과 요오드 흡착력을 비 교하였다. 실험 결과 800’C의 온도에서 가장 우수한 탄화물이 생성되는 것을 알 수 있었다.
- 00"C의 간격으로 실험온 도를 설정하고 각 온도에 대한 등온유지 시간을 ©0분으로 고정 하여 하수슬러지를 탄화시킨 후 BET 값과 요오드 흡착력을 비 교하였다. 실험 결과 800’C의 온도에서 가장 우수한 탄화물이 생성되는 것을 알 수 있었다.
- 실험결과로부터 KOH 침적비율이 75 wt%일 때 다른 실험조건에 비해 우수한 요오드 흡착성능을 나타내며, NaOH 침적비율이 50 wt%일 때 가장 우수한 요오드 흡착성능을 나타내는것을 확인할 수 있었다.
- KOH 침적비율이 100 wt%일 때 BET 값이 615 m2/g, NaOH 침적비율이 50 wt%일 때 BET값은 460 m2/g로 최고치 에 다다랐다. 이를 통해 KOH와 반응한 활성탄이 NaOH와 반 응한 활성탄과 비교하여 우수한 BET 값을 나타냄을 확인할 수 있었다.
- KOH 침적비율이 100 wt%일 때 BET 값이 615 m2/g, NaOH 침적비율이 50 wt%일 때 BET값은 460 m2/g로 최고치 에 다다랐다. 이를 통해 KOH와 반응한 활성탄이 NaOH와 반 응한 활성탄과 비교하여 우수한 BET 값을 나타냄을 확인할 수 있었다.
후속연구
- (1) 탄소와 활성화제(KOH, NaOH)가 가장 유리한 활성화 반응 을 보이는 반응식 에서 Gibbs free energy 변화량(z/G<0)을 가지기 시작하는 73O°C를 최저 활성화온도로 선택하여 하수 슬러지 탄화물과 각각 60분간 반응시킨 결과, KOH 침적비 율이 75 wt%, NaOH 침적비율이 50 wt%일 때 다른 실험조 건에 비해 우수한 성능을 나타내는 것을 확인하였다. (2) 화학적 활성화공정에서 최적조건으로 제조된 하수슬러지 활 성탄의 BET값과 요오드 흡착량은 일반적인 활성탄(BET surface area: 500—1,700 m2/g, 요오드 흡착력: 900—1,100 mg/g)에 작기 때문에 이를 상용화하기에는 적합하지 않으 며, 향후 활성화제와 탄소의 반응온도와 반응시간을 변화시 켜가면서 Arrhenius 형태의 반응속도 정수를 구하여 산업화 에 필요한 최적의 조업조건을 찾는 연구가 보완되어야 할 것 이라 판단된다. (3) 화학적 활성화공정에서는 반응기 내부에서 화학적 활성화반 응 후 발생하는 가스와 금속원소(K, Na)를 급속히 반응기 외 부로 배출시켜 활성화제와 하수슬러지 탄화물의 연속적 화 학적 활성화반응을 유도해야 한다.
- (1) 탄소와 활성화제(KOH, NaOH)가 가장 유리한 활성화 반응 을 보이는 반응식 에서 Gibbs free energy 변화량(z/G<0)을 가지기 시작하는 73O°C를 최저 활성화온도로 선택하여 하수 슬러지 탄화물과 각각 60분간 반응시킨 결과, KOH 침적비 율이 75 wt%, NaOH 침적비율이 50 wt%일 때 다른 실험조 건에 비해 우수한 성능을 나타내는 것을 확인하였다. (2) 화학적 활성화공정에서 최적조건으로 제조된 하수슬러지 활 성탄의 BET값과 요오드 흡착량은 일반적인 활성탄(BET surface area: 500—1,700 m2/g, 요오드 흡착력: 900—1,100 mg/g)에 작기 때문에 이를 상용화하기에는 적합하지 않으 며, 향후 활성화제와 탄소의 반응온도와 반응시간을 변화시 켜가면서 Arrhenius 형태의 반응속도 정수를 구하여 산업화 에 필요한 최적의 조업조건을 찾는 연구가 보완되어야 할 것 이라 판단된다. (3) 화학적 활성화공정에서는 반응기 내부에서 화학적 활성화반 응 후 발생하는 가스와 금속원소(K, Na)를 급속히 반응기 외 부로 배출시켜 활성화제와 하수슬러지 탄화물의 연속적 화 학적 활성화반응을 유도해야 한다.
- (3) 화학적 활성화공정에서는 반응기 내부에서 화학적 활성화반 응 후 발생하는 가스와 금속원소(K, Na)를 급속히 반응기 외 부로 배출시켜 활성화제와 하수슬러지 탄화물의 연속적 화 학적 활성화반응을 유도해야 한다. 따라서 지속적인 활성화 반응의 유도를 위해 정량 공급되는 질소가스 유속의 변화가 활성탄의 물성치에 영향을 미칠 수 있을 것이라 판단되며, 이에 대한 추가적인 연구가 필요하다.
- 본 연구는 최적조건의 저온열분해 공정을 통해 생성된 하수슬 러지 탄화물을 고부가가치재인 활성탄으로 활용하기 위한 화학 적 활성화 공정의 개발에 관한 내용이다. 본 연구를 통해, 하수슬러지를 이용하여 고부가가치의 활성탄 을 제조할 수 있는 국내 기술을 확보하는 기반을 마련하는 동시 에 하수슬러지 처리와 재활용에 있어 적정 대응방안을 모색할 수 있을 것이라 판단된다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.