[논문]열분해 조건에 따른 슬러지 Char 특성 변화

차진선; 박영권

doi:10.9713/kcer.2011.49.6.851

열분해 조건에 따른 슬러지 Char 특성 변화
Effect of Reaction Conditions of Pyrolysis on the Characteristics of Sludge Char 원문보기

Korean chemical engineering research = 화학공학, v.49 no.6, 2011년, pp.851 - 856

차진선 (서울시립대학교 환경공학부) , 박영권 (서울시립대학교 환경공학부)

초록
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본 연구에서는 하수슬러지의 열분해로 촤를 제조하였고, 열분해 반응 조건이 슬러지 촤의 특성에 미치는 영향을 조사하였다. 열분해 온도가 $300^{\circ}C$에서 $800^{\circ}C$로 증가함에 따라 슬러지 char의 비표면적은 증가하였으나, $700^{\circ}C$에서는 일시적으로 감소하였다. 열분해 속도는 char의 비표면적과 기공부피에 미치는 영향이 크지 않은 것으로 나타났다. 반면, 열분해 반응시간이 증가함에 따라 비표면적과 기공부피는 증가하였으나, 평균 기공크기는 감소하는 결과를 나타내었다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, char was produced via pyrolysis of sewage sludge and the effects of reaction conditions(temperature, heating rate, reaction time) on characteristics of char were investigated. As temperature increased from $300^{\circ}C$ to $800^{\circ}C$, the surface area of sludge char increased in general but decreased at $700^{\circ}C$ temporarily. The effect of heating rate on specific surface area and pore volume of char was not large. Meanwhile, specific surface area and pore volume increased with reaction time but average pore diameter decreased.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구는 슬러지 char를 흡착제나 촉매로 재활용하기 위한 선행연구로 열분해 온도, 열분해 속도, 열분해 반응 시간이 슬러지 char 의 특성에 미치는 영향을 연구하였다.
본 연구에서는 열분해 조건에 따른 char의 특성변화를 알아보기 위해 열분해 온도, 승온 속도, 열분해 반응시간에 따라 생성된 char 의 물리적 특성을 평가하였다. 열분해온도가 300 oC에서 600 oC로증가함에 따라 슬러지 char의 비표면적과 전체 기공부피가 증가하였으나, 700 oC 에서 감소하였다가 800 oC 에서 다시 증가하는 결과가 나타났다.

가설 설정

Fig. 6. Effect of pyrolysis time on char yield. Table 7.

제안 방법

열분해하였다. 급속 열분해 조건에서는 반응기의 온도를 500 oC까지 승온시킨 후 슬러지를 반응기에 투입하여 1시간 동안 열분해하였으며 , 완속 열분해 조건에서는 500 oC까지 각각 5 oC/ min, 10 oC/min의 속도로 승온시킨 후, 1시간 동안 슬러지를 열분해하였다.
2 g의 시료를 질소 분위기의 TGA(Thermal Gravimetric Analyzer, Perkin Elmer-pyris 1)에서 상온부터 110 oC까지 승온시 킨 후, 110 oC에서 1시간 유지시켜 수분함량을 계산하였으며 , 900 oC까지 승온하여 가연분 함량을 계산하였다. 분위 기 가스를 산소로 변경한 후, 온도를 800 oC로 낮추어 시료의 무게 변화가 없을 때까지 유지하였으며, 이 시간 동안에 나타난 무게 변화를 고정탄소로, 나머지를 회분으로 계산하였다.
Guo 등 [3] 이제 시한 방법으로 적용하였다. 약 0.2 g의 시료를 질소 분위기의 TGA(Thermal Gravimetric Analyzer, Perkin Elmer-pyris 1)에서 상온부터 110 oC까지 승온시 킨 후, 110 oC에서 1시간 유지시켜 수분함량을 계산하였으며 , 900 oC까지 승온하여 가연분 함량을 계산하였다. 분위 기 가스를 산소로 변경한 후, 온도를 800 oC로 낮추어 시료의 무게 변화가 없을 때까지 유지하였으며, 이 시간 동안에 나타난 무게 변화를 고정탄소로, 나머지를 회분으로 계산하였다.
열분해 반응시간이 char의 특성에 미치는 영향을 고찰하기 위하여 반응 시간을 각각 0.5, 1, 2, 3 h로 하여 char를 생성하였다. 이때 승온속도는 5 oC/min과 급속 열분해 조건(500 oC/min)으로 하였으며 , 반응온도는 500 oC로 하였다.
5, 1, 2, 3hr로 하였다. 열분해 속도는 완속 열분해를 위해 5 oC/min, 10 oC/min으로 하였으며, 급속 열분해를 위해 반응기를 열분해 온도로 승온시킨 후 시료 투입하였다. Fig.
열분해하였다. 열분해 온도는 300~800 oC까지 100 oC씩 승온하였으며 , 열분해 시간에 따른 특성을 연구하기 위하여 해당 온도에서의 유지시간은 0.5, 1, 2, 3hr로 하였다. 열분해 속도는 완속 열분해를 위해 5 oC/min, 10 oC/min으로 하였으며, 급속 열분해를 위해 반응기를 열분해 온도로 승온시킨 후 시료 투입하였다.
열분해 조건이 char의 특성에 미치는 영향을 고찰하기 위해 열분해 온도, 열분해 속도, 반응 시간에 따라 슬러지를 열분해하였다. 열분해 온도는 300~800 oC까지 100 oC씩 승온하였으며 , 열분해 시간에 따른 특성을 연구하기 위하여 해당 온도에서의 유지시간은 0.
완속 열분해를 위해서는 5 oC/min의 속도로 슬러지를 열분해하였으며, 급속 열분해를 위해서는 열분해 온도로 반응기 온도를 승온시킨 후 슬러지를 투입하였다.
하수슬러지의 열분해 속도가 char의 특성에 미치는 영향을 알아보기 위하여 승온속도를 완속 (slow)과 급속 (fast)으로 구분하여 슬러지를 열분해하였다. 급속 열분해 조건에서는 반응기의 온도를 500 oC까지 승온시킨 후 슬러지를 반응기에 투입하여 1시간 동안 열분해하였으며 , 완속 열분해 조건에서는 500 oC까지 각각 5 oC/ min, 10 oC/min의 속도로 승온시킨 후, 1시간 동안 슬러지를 열분해하였다.
하수슬러지의 열분해 온도가 char 특성에 미치는 영향을 알아보기 위하여 열분해 온도 300~800 oC에서 하수슬러지를 열분해 하였다. 완속 열분해를 위해서는 5 oC/min의 속도로 슬러지를 열분해하였으며, 급속 열분해를 위해서는 열분해 온도로 반응기 온도를 승온시킨 후 슬러지를 투입하였다.
이 슬러지는 생활하수를 표준 활성 슬러 지법으로 처리하는 과정에서 발생한 것이다. 함수율이 약 80%인 탈수 슬러지를 디스크 타입의 건조기를 이용하여 함수율이 10% 이하가 되도록 건조하였다.
대상 시료의 물리.화학적 특성을 알아보기 위하여 시료의 사성분 (수분, 가연분, 회분, 고정탄소)을 분석하였다. 사 성분 분석을 위해 ASTM D1102-84, ASTM E872, ASTM E897-82오牛 J.

대상 데이터

본 연구에서는 서울에 위치한 J 하수처리장에서 발생하는 슬러지를대상시료로 이용하였다. 이 슬러지는 생활하수를 표준 활성 슬러 지법으로 처리하는 과정에서 발생한 것이다.

이론/모형

화학적 특성을 알아보기 위하여 시료의 사성분 (수분, 가연분, 회분, 고정탄소)을 분석하였다. 사 성분 분석을 위해 ASTM D1102-84, ASTM E872, ASTM E897-82오牛 J. Guo 등 [3] 이제 시한 방법으로 적용하였다. 약 0.
). 이를 통해 등온 흡탈착 곡선을 얻어 BET (Brunaure- Emmett-Teller) 법으로 비 표면적, 전체 기공 부피 (total pore volume), 평균 기공 크기 (average pore size)를 계산하였다.

성능/효과

2에 나타내었다. 본 연구에서 사용한 하수슬러지의 수분 함량은 평균 5.2%인 것으로 나타났으며, 가연분은 평균 46.2%인 것으로 나타났다. 시료의 수분함량이 낮고 가연분 함량이 높을 경우 char 를 생성하는데 필요한 에너지를 낮출 수 있으며 생성 수율을 높일 수 있는 장점이 있다.
후 고활성, 고비 표면적의 특성을 갖게 된다. 본 연구의 실험 결과와 열분해를 위한 시간 및 에너지 등을 고려할 때 슬러지 chai를 활성화하여 흡착제나 촉매로 사용하기 위해서는 급속열분해 조건으로 600 oC에서 열분해하는 것이 가장 적합한 것으로 판단된다.
나타내었다. 분석 결과를 통해 하수슬러지는 아몬드 껍질 (almond shell, N:0.2%), 호두껍질 (walnut shell, N:0.3%), 아몬드 나무 전정 (almond tree pruning, N:0.8%), 올리브 씨 (olive stone, N:0.1%) 등의 타바이오매스에 비해 N의 함량이 다소 높은 것으로 나타났다.
이는 열분해 속도가 느린 경우, 열분해가 진행되는 시간이 길어져 슬러지 내의 가연분이 반응을 통하여 고정탄소나 회분으로 전환되었기 때문이다. 슬러지 열분해를 통해 생성된 char는 상용 활성탄(88% C, 0.5% H, 0.5% N and 3-4% ash)보匸} 탄소의 함량은 매우 낮은 반면, 회분의 함량은 매우 높은 것으로 나타났다. 이에 대해 X.
열분해온도가 300 oC에서 600 oC로증가함에 따라 슬러지 char의 비표면적과 전체 기공부피가 증가하였으나, 700 oC 에서 감소하였다가 800 oC 에서 다시 증가하는 결과가 나타났다. 열분해 반응 시간이 증가함에 따라 비표면적과 기공 부피는 증가하였으나, 평균 기공 크기와 char의 생성 수율은 감소하였다. 그러나 큰 차이가 나타나지는 않았다.
분석 결과를 나타낸 것이다. 열분해 속도가 증가할수록 char 의 가연분과 ash의 함량은 증가한 반면, 고정탄소의 함량은 감소하는 것으로 나타났다. 이는 열분해 속도가 느린 경우, 열분해가 진행되는 시간이 길어져 슬러지 내의 가연분이 반응을 통하여 고정탄소나 회분으로 전환되었기 때문이다.
물리적 특성을 평가하였다. 열분해온도가 300 oC에서 600 oC로증가함에 따라 슬러지 char의 비표면적과 전체 기공부피가 증가하였으나, 700 oC 에서 감소하였다가 800 oC 에서 다시 증가하는 결과가 나타났다. 열분해 반응 시간이 증가함에 따라 비표면적과 기공 부피는 증가하였으나, 평균 기공 크기와 char의 생성 수율은 감소하였다.
이를 통해 열분해 반응 시간이 증가함에 따라 생성된 char 의 비표면적이 증가하는 경향이 나타났으나, 반응 시간이 증가함에 따라 비표면적 증가 폭은 점차 감소하였다. 전체 기공 부피는 반응 시간이 증가함에 따라 증가하였으나, 평균 기공 크기는 반응 시간이 증가함에 따라 기공 크기가 감소하였다.
그러나 큰 차이가 나타나지는 않았다. 이상의 결과를 통해 슬러지 char의 비표면적 및 기공특성에 가장 큰 영향을 미치는 인자는 열분해 온도인 것으로 판단되었다.
것으로 나타났다. 이와 반대로 열분해 온도가 300 oC에서 600 oC로 증가함에 따라 평균 기공 크기는 감소하였으며 , 비 표면적이 감소하는 700 oC에서 증가한 후, 800 oC에서 다시 감소하는 경향을 나타내었다. 이에 대해 W.
이를 통해 열분해 반응 시간이 증가함에 따라 생성된 char 의 비표면적이 증가하는 경향이 나타났으나, 반응 시간이 증가함에 따라 비표면적 증가 폭은 점차 감소하였다. 전체 기공 부피는 반응 시간이 증가함에 따라 증가하였으나, 평균 기공 크기는 반응 시간이 증가함에 따라 기공 크기가 감소하였다. 이는 Fig.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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