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열분해 조건에 따른 펠렛형 다공성 흡착재의 제조 및 톨루엔 가스 흡착 특성
Preparation of Pelletized Porous Adsorbent with Pyrolysis Temperature and Its Toluene Gas Adsorption Characteristics 원문보기

공업화학 = Applied chemistry for engineering, v.24 no.6, 2013년, pp.587 - 592  

김도영 (충남대학교 바이오응용화학과) ,  김예솔 (충남대학교 바이오응용화학과) ,  조세호 (충남대학교 바이오응용화학과) ,  정진영 (충남대학교 바이오응용화학과) ,  김민일 (지티사이언) ,  이영석 (충남대학교 바이오응용화학과)

초록
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본 연구에서는 대표적 휘발성유기화합물(volatile organic compounds, VOCs)인 톨루엔(toluene)을 제거하고자 활성탄소와 폴리비닐알코올(polyvinyl alcohol, PVA)을 바인더로 이용하여 여러 가지 열분해 온도에 따른 펠렛형 다공성 탄소 흡착재를 제조하였다. 제조된 펠렛형 다공성 탄소 흡착재의 물리적 특성은 주사전자현미경(FE-SEM), 비표면적측정장치(BET), 열중량분석기(TGA)를 통하여 분석하였으며, 톨루엔 가스 흡착능은 가스크로마토그래피(GC)를 이용하여 분석하였다. 활성탄소, PVA 및 용매가 각각 1 : 0.1 : 0.8의 질량 비율로 배합될 경우 펠렛의 성형성이 가장 뛰어났다. 톨루엔 흡착 성능은 펠렛에 99% 이상의 톨루엔이 흡착되는 최대 시간을 측정하여 평가하였다. $300^{\circ}C$에서 열처리된 흡착재 비표면적은 열처리 전에 비하여 약 4.7배 증가된 약 $941.9m^2/g$로 측정되었다. 펠렛형 다공성 탄소 흡착재의 미세 기공의 부피는 0.30 cc/g으로 약 5배, 톨루엔 흡착 능력은 26 h으로 약 13배로 각각 증가하였다. 이는 바인더의 함량 및 열분해 온도 변화에 따른 활성탄소의 기공 크기 및 비표면적 변화에 의한 것으로 판단된다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this study, we prepared pelletized porous carbon adsorbent (PCA) according to the different pyrolysis temperature using activated carbon and polyvinyl alcohol (PVA) as a binder for the removal of toluene, which is one of the representative volatile organic compounds (VOCs). We investigated physic...

주제어

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문제 정의

  • 본 연구에서는 열분해 온도 조건을 달리한 활성탄소를 이용하여 펠렛형 다공성 탄소 흡착재를 제조하였으며, 제조된 흡착재를 사용하여 톨루엔 흡착능에 대하여 고찰하였다. 또한 열분해 반응에 의한 펠렛의 물리적 특성과 톨루엔 가스의 흡착능이 미치는 영향에 대하여 고찰하고자 하였다.
  • 본 연구에서는 열분해 온도 조건을 달리한 활성탄소를 이용하여 펠렛형 다공성 탄소 흡착재를 제조하였으며, 제조된 흡착재를 사용하여 톨루엔 흡착능에 대하여 고찰하였다. 또한 열분해 반응에 의한 펠렛의 물리적 특성과 톨루엔 가스의 흡착능이 미치는 영향에 대하여 고찰하고자 하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
분말활성탄소는 어떠한 문제점을 가지는가? 활성탄소는 물리적 형상에 따라 분말활성탄소와 입상활성탄소로 분류된다. 분말활성탄소의 경우 최소한의 설비를 부가하는 것만으로도 비교적 용이하게 이용할 수 있으나 흡착이 완료된 후 수거하는데 어려움이 있다. 또한 기상 오염물질을 제거하는 용도로 이용할 경우 흡착 후 발생하는 분진의 조절이 어려워 이에 의한 2차 오염이 발생할 우려가 있다[10]. 반면, 입상활성탄소는 파쇄상, 구형 조립상, 원주형 조립상 등의 여러 형태를 지니고 있으며, 분말활성탄소와는 달리 수거가 용이하고, 분진으로 인한 2차 오염이 발생되지 않는 장점이 있어 주로 이용된다[11,12].
활성탄소는 물리적 형상에 따라 어떻게 구분되는가? 활성탄소는 물리적 형상에 따라 분말활성탄소와 입상활성탄소로 분류된다. 분말활성탄소의 경우 최소한의 설비를 부가하는 것만으로도 비교적 용이하게 이용할 수 있으나 흡착이 완료된 후 수거하는데 어려움이 있다.
친환경적이고 저온에서 입상활성탄소를 용이하게 제조하는 방법이 필요한 이유는 무엇인가? 반면, 입상활성탄소는 파쇄상, 구형 조립상, 원주형 조립상 등의 여러 형태를 지니고 있으며, 분말활성탄소와는 달리 수거가 용이하고, 분진으로 인한 2차 오염이 발생되지 않는 장점이 있어 주로 이용된다[11,12]. 또한, 입상활성탄소는 일반적으로 피치 바인더와 활성화제를 이용하여 제조한다. 피치 바인더의 경우 유기용매를 사용하기 때문에, 제조 과정에서 유해물질을 배출하며 700 ℃ 이상의 온도에서 열처리가 필요하다. 따라서 보다 친환경적이고 저온에서 입상활성탄소를 용이하게 제조하는 방법이 요구되고 있다[12].
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참고문헌 (23)

  1. T. J. Lee, J. D. Lee, and W. C. Chang, A Study on Oxidative Decomposition of Toluene for Control of VOCs Emissions, J. Korean Ind. Eng. Chem., 14, 519-525 (2003). 

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  3. K. W. Chung, J. M. Kim, S. B. Lee, I. K. Hong, and J. D. Lee, Reaction Media (SCF) Effect in VOCs Mixture Decomposition Process, Appl. Chem., 5, 327-330 (2001). 

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  12. J. H. Kim, Material Approach for Environment, Ceramist, 10, 259-278 (1995). 

  13. C. F. Guerra, J. G. Snijders, G. te Velde, and E. J. Baerends, Towards an order-N DFT method, Theor. Chem. Acc., 99, 391-403 (1998). 

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  16. S. K. Park and H. C. Kim, Cabin Air Filter Media Produced by Needle Punching Process, J. Korean Ind. Eng. Res., 20, 561-564 (2009). 

  17. H. H. An, A Study on VOCs Adsorption Propertires Using Fine-fiber, KIGAS, 14, 35-40 (2010). 

  18. W. C. Oh, The Properties of Carbonaceous Desiccant Derived from Phenolic Resin, Anal. Sci. Technol., 13, 332-337 (2000). 

  19. T. W. Kim and H. Moon, Characterization of Industrial Wastewater for Removal of TOC by GAC Adsorption, J. of Adv. Eng. and Tech., 1, 375-381 (2008). 

  20. B. J. Holland, and J. N. Hay, The thermal degradation of poly(vinyl alcohol), Polymer, 42, 6775-6783 (2001). 

  21. J. W. Gilman, D. L. VanderHart, and T. Bismaleimides, Thermal Decomposition Chemistry of Poly(vinyl alcohol), Fire and Polymers II: Materials and Test for Hazard, G. L. Nelson, 599, 161-185, American Chemical Society, Washington DC (1995). 

  22. S. H. Jhung and J. S. Chang, Adsorption and Storage of Natural Gas by Nanoporous Adsorbents, J. Korean Ind. Eng. Res., 20, 117-125 (2009). 

  23. Y. H. Cho, J. G. Na, S. S. Kim, J. G. Kim, and S. H. Chung, Development of a Catalyst/Sorbent for Methane-Steam Reforming, J. Korean Ind. Eng. Chem., 44, 307-313 (2006). 

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