[논문]KOH 활성화법으로 제조한 폐감귤박 활성탄의 특성

감상규; 강경호; 이민규

doi:10.14478/ace.2017.1073

KOH 활성화법으로 제조한 폐감귤박 활성탄의 특성
Characteristics of Activated Carbon Prepared from Waste Citrus Peel by KOH Activation 원문보기

공업화학 = Applied chemistry for engineering, v.28 no.6, 2017년, pp.649 - 654

감상규 (제주대학교 환경공학과) , 강경호 (제주특별자치도 축산과) , 이민규 (부경대학교 화학공학과)

초록
AI-Helper

제주도에서 다량 발생하고 있는 폐감귤박을 활성화제로 KOH를 사용하여 활성탄을 제조하였고, 제조된 활성탄의 특성을 검토하였다. KOH 침적비율(100~300%), 활성화 온도($400{\sim}900^{\circ}C$) 및 활성화 시간(0.5~1.5 h)의 조건에서 각 조건이 증가할수록 요오드 흡착능은 증가하였으나 활성탄의 수율은 감소하였다. 그리고 활성화 시간의 경우 1.5 h 이상에서는 요오드 흡착능 및 활성탄 수율에서 비슷하였다. 또한 KOH 침적비율이 증가할수록 비표면적 및 세공부피는 증가하였으나 세공크기는 감소하였으며, 제조된 평균 세공크기는 $20{\sim}25{\AA}$이었다. KOH의 침적비율 300%, 활성화 온도 $900^{\circ}C$, 활성화 시간 1.5 h에서 제조된 활성탄은 비표면적 및 요오드 흡착능이 각각 $1,527m^2/g$ 및 1,246 mg/g으로 가장 높았다.

Abstract ▼ AI-Helper

An activated carbon was prepared from waste citrus peel produced in large amounts in Jeju Island, Korea, using KOH activation and its characteristics was examined. Under the condition of the KOH ratio between 100 and 300%, activation temperature from 400 to $900^{\circ}C$ and activation time from 0.5 to 1.5 h, the iodine adsorptivity of the activated carbon prepared increased but the yield decreased with respect to the increase of each conditions. The iodine adsorptivity and yield of the activated carbon prepared at the activation time of more than 1.5 h were similar to those of using 1.5 h. In addition, as the KOH ratio increased, the specific surface area and pore volume of the activated carbon increased, but the pore diameter decreased. The activated carbon has an average pore diameter of $20{\sim}25{\AA}$. Also, the activated carbon prepared at 300% KOH and $900^{\circ}C$ for 1.5 h has the highest specific surface area of $1,527m^2/g$ and iodine adsorptivity of 1,246 mg/g.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

따라서 본 연구에서는 제주도에서 다량 발생되고 있는 폐감귤박을 KOH로 활성화시키는 경우에 KOH의 침적비, 활성화 온도 및 활성화 시간 등의 영향을 검토하였다. 제조된 활성탄의 요오드 흡착능, 비표면적, 세공분포 등을 조사하고, SEM 분석을 통해 표면특성을 관찰하였다.

제안 방법

농업폐기물인 폐감귤박을 KOH를 활성화제로 하여 활성탄을 제조하였다. 제조한 활성탄의 화학적 성분은 폐감귤박 및 탄화시료에 비해 C 함량은 크게 증가하였으나 H 및 N 함량은 크게 감소하였고, 무기물 성분은 CaO가 감소하고 K₂O가 전체 무기물의 60% 이상을 차지하는 조성을 보였다.

대상 데이터

활성탄 제조의 원료로는 선행연구[14,15]에서와 같이 제주도 지방개발공사 감귤복합 처리가공 공장에서 부산물로 발생되는 폐감귤박을 사용하였으며, 진공 동결건조기(PVTFD200A, Ilsin Lab)로 -20 ℃에서 72 h 처리하여 수분을 완전히 제거한 다음에 일정 크기로 분쇄하였다. 분쇄한 폐감귤박 시료를 뚜껑이 있는 stainless 용기에 일정량 담은 다음 전기회화로에서 N₂ 가스를 주입하여 환원분위기하에서 선행연구에서와 같이 최적의 탄화조건(탄화온도 300 ℃, 탄화시간 1.

성능/효과

KOH의 침적비율이 증가할수록 비표면적과 세공부피는 증가하였으나 세공크기는 침적비율이 증가할수록 감소하였으며, 제조된 활성탄의 평균세공크기는 20~25 Å이었다. KOH의 침적 비율 300%, 활성화 온도 900 ℃, 활성화 시간 1.5 h에서 제조된 활성탄의 경우에 비표면적 및 요오드 흡착능이 각각 1,527 m²/g 및 1,246mg/g로 가장 높았다.
Table 3은 제조한 활성탄의 BET 분석을 통해 얻어진 평균세공크기, 세공부피 그리고 비표면적을 나타낸 것이다. KOH의 침적비율이 증가할수록 비표면적과 세공부피는 증가하였으나 세공크기는 침적비율이 증가할수록 감소하였으며, 제조된 활성탄의 평균세공크기는 20~25Å이었다. 본 연구에서 KOH의 침적비율이 증가할수록 비표면적이 증가하는 이유는 KOH 침적비율이 증가하면서 활성화 메카니즘이 유리하게 작용하여 보다 많은 미세기공을 형성하기 때문으로 사료된다.
제조한 활성탄의 화학적 성분은 폐감귤박 및 탄화시료에 비해 C 함량은 크게 증가하였으나 H 및 N 함량은 크게 감소하였고, 무기물 성분은 CaO가 감소하고 K₂O가 전체 무기물의 60% 이상을 차지하는 조성을 보였다. 활성탄을 제조 시 KOH의 침적비율이 100%에서 300%로 증가할수록, 활성화 온도가 500 ℃에서 900 ℃으로 증가할수록 활성탄의 수율은 감소하였으며, 활성화 시간이 0.5 h에서 1.5 h로 증가할수록 수율은 감소하였으나 활성화 시간이 1.5 h 이상에서는 비슷한 수율을 보였다. KOH의 침적비율이 증가할수록 비표면적과 세공부피는 증가하였으나 세공크기는 침적비율이 증가할수록 감소하였으며, 제조된 활성탄의 평균세공크기는 20~25 Å이었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	활성탄은 무엇이며, 사용처는 어디인가?	활성탄은 다공성이면서 높은 비표면적을 가진 흡착제로서 폐수 처리 및 음용수 정화와 같은 액상 흡착에서 사용되고 있으며, 또한 대기 오염물질 제거와 같은 기상 흡착에서도 사용되고 있어 그 사용용도 및 사용량이 점차 확대되고 있다. 거의 모든 탄소질 물질들이 활성탄제조 원료로 사용될 수 있지만 상업용 활성탄은 일반적으로 목재, 코코넛 껍질, 갈탄 또는 석탄 등을 원료로 하여 제조하고 있다[1].
	농업 폐기물을 활성탄 원료로 사용할 때 사용되는 농업 폐기물에는 어떤것들이 있는가?	따라서 고가의 상업용 활성탄을 대체하기 위한 방안으로 최근에는 경제적 가치가 낮아 폐기되고 있는 농업 폐기물을 활성탄 원료로 사용함으로써 폐기물 처리비용도 줄이고, 저비용인 농업 부산물의 경제적 가치도 높이는 연구가 많이 되고 있다. Valix 등[2]은 사탕수수, Mohamed[3]는 왕겨, Hameed 등[4]은 대나무, Kannan과 Sundaram[5]은 코코넛 껍질,땅콩 껍질, 쌀겨 및 밀짚, Tan 등[6]은 코코넛 껍질, Basar[7]는 살구, Tseng 등[8]은 옥수수대, Stavropoulos와 Zabaniotou[9]는 올리브씨,Attia 등[10]은 복숭아씨, Aygun 등[11]은 아몬드 껍질, 호두 껍질, 헤즐넛 껍질과 살구씨, Chung 등[12]은 칡덩쿨 등과 같은 다양한 농산물폐기물 자원을 활성탄 제조 원료로 사용하는 연구가 진행되고 있다.
	상업용 활성탄은 무엇을 원료로 하는가?	활성탄은 다공성이면서 높은 비표면적을 가진 흡착제로서 폐수 처리 및 음용수 정화와 같은 액상 흡착에서 사용되고 있으며, 또한 대기 오염물질 제거와 같은 기상 흡착에서도 사용되고 있어 그 사용용도 및 사용량이 점차 확대되고 있다. 거의 모든 탄소질 물질들이 활성탄제조 원료로 사용될 수 있지만 상업용 활성탄은 일반적으로 목재, 코코넛 껍질, 갈탄 또는 석탄 등을 원료로 하여 제조하고 있다[1]. 따라서 고가의 상업용 활성탄을 대체하기 위한 방안으로 최근에는 경제적 가치가 낮아 폐기되고 있는 농업 폐기물을 활성탄 원료로 사용함으로써 폐기물 처리비용도 줄이고, 저비용인 농업 부산물의 경제적 가치도 높이는 연구가 많이 되고 있다.

참고문헌 (27)

S. J. T. Pollard, G. D. Fowler, C. J. Sollars, and R. Perry, Low-cost adsorbents for waste and wastewater treatment: A review, Sci. Total Environ., 116, 31-52 (1992).

상세보기
M. Valix, W. H. Cheung, and G. McKay, Preparation of activated carbon using low temperature carbonisation and physical activation of high ash raw bagasse for acid dye adsorption, Chemosphere, 56, 493-501 (2004).

상세보기
M. M. Mohamed, Acid dye removal: Comparison of surfactant modified mesoporous FSM-16 with activated carbon derived from rice husk, J. Colloid Int. Sci., 272, 28-34 (2004).

상세보기
B. H. Hameed, A. T. M. Din, and A. L. Ahmad, Adsorption of methylene blue onto bamboo-based activated carbon: Kinetics and equilibrium studies, J. Hazard. Mater., 141, 819-825 (2007).

상세보기
N. Kannan and M. M. Sundaram, Kinetics and mechanism of removal of methylene blue by adsorption on various carbons - A comparative study, Dyes Pigm., 51, 25-40 (2001).

상세보기
I. A. W. Tan, A. L. Ahmad, and B. H. Hameed, Adsorption of basic dye on high-surfacearea activated carbon prepared from coconut husk: Equilibrium, kinetic and thermodynamic studies, J. Hazard. Mater., 154, 337-346 (2008).

상세보기
C. A. Basar, Applicability of the various adsorption models of three dyes adsorption onto activated carbon prepared waste apricot, J. Hazard. Mater., B135, 232-241 (2006).
R. L. Tseng, S. K. Tseng, and F. C. Wu, Preparation of high surface area carbons from corncob using KOH combined with $CO_2$ gasification for the adsorption of dyes and phenols from water, Colloids Surf. A, 279, 69-78 (2006).

상세보기
G. G. Stavropoulos and A. A. Zabaniotou, Production and characterization of activated carbons from olive-seed waste residue, Microporous Mesoporous Mater., 82, 79-85 (2005).

상세보기
A. A. Attia, B. S. Girgis, and N. A. Fathy, Removal of methylene blue by carbons derived from peach stones by $H_3PO_4$ activation: batch and column studies, Dyes Pigm., 76, 282-289 (2008).

상세보기
A. Aygun, S. Yenisoy-Karakas, and I. Duman, Production of granular activated carbon from fruit stones and nutshells and evaluation of their physical, chemical and adsorption properties, Microporous Mesoporous Mater., 66, 189-195 (2003).

상세보기
K. B. Chung, H. I. Ryu, S. H. Chang, J. C. Kim, and H. H. Kim, Preparation of activated carbon using a Pueraria Thunbergiana, J. Korean Ind. Eng. Chem., 12, 272-276 (2001).
G. San Miguel, G. D. Fowler, and C. J. Sollars, A study of the characteristics of activated carbons produced by steam and carbon dioxide activation of waste tyre rubber, Carbon, 41, 1009-1016 (2003).

상세보기
K. H. Kang, S. K. Kam, and M. G. Lee, Adsorption characteristics of activated carbon prepared from waste citrus peels by NaOH activation, J. Environ. Sci. Int., 16, 1279-1285 (2007).

원문보기 상세보기
K. H. Kang, S. K. Kam, and M. G. Lee, Preparation of activated carbon from waste citrus peels by $ZnCl_2$ , J. Environ. Sci. Int., 16, 1091-1098 (2007).

원문보기 상세보기
A. Ahmadpour and D. D. Do, The preparation of active carbons from coal by chemical and physical activation, Carbon, 34, 471-479 (1996).

상세보기
G. M. S. El-Shafei, I. M. A. El-Sherbiny, A. S. Darwish, and C. S. Philip, Silkworms' feces-based activated carbons as cheap adsorbents for removal of cadmium and methylene blue from aqueous solution, Chem. Eng. Res. Des., 92, 461-470 (2014).

상세보기
J. A. Macia-Agullo, B. C. Moore, D. Cazorla-Amoros, and A. Linares-Solano, Activation of coal tar pitch carbon fibres: Physical activation vs. chemical activation, Carbon, 42, 1367-1370 (2004).

상세보기
H. H. Kim, J. M. Lee, and M. K. Chung, Preparation of activated carbon from sucrose by chemical activation, J. Korean Ind. Eng. Chem., 13, 156-161 (2002).
J. M. Lee, A Study on the Preparation of Activated Carbon from Pepper-seed, Master Thesis, Sunmoon University, Korea (2002).
H. H. Kim, J. M. Lee, and M. K. Ghung, Preparation of activated carbons from rice hull by NaOH and KOH activation, J. Korean Ind. Eng. Chem., 14, 381-385 (2003).

상세보기
J. A. Macia-Agullo, B. C. Moore, D. Cazorla-Amoros, and A. Linares-Solano, Influence of carbon fibres crystallinities on their chemical activation by KOH and NaOH, Microporous Mesoporous Mater., 101, 397-405 (2007).

상세보기
V. Fierro, V. Torne-Fernandez, and A. Celzard, Methodical study of the chemical activation of Kraft lignin with KOH and NaOH, Microporous Mesoporous Mater., 101, 419-431 (2007).

상세보기
H. Marsh, D. Crawford, T. M. O'Grady, and A. Wennerberg, Carbons of high surface area. A study by adsorption and high resolution electron microscopy, Carbon, 20, 419-426 (1982).

상세보기
S. C. Kim and I. K. Hong, Manufacturing and physical properties of coal based activated carbon, J. Korean Soc. Environ. Eng., 20, 745-754 (1998).
S. W. Lee, J. C. Moon, C. H. Lee, D. C. Ryu, D. H. Choi, B. S. Ryu, and S. K. Song, Analysis of pore characteristics between commercial activated carbons and domestic anthracite-based activated carbon, J. Korean Soc. Environ. Eng., 23, 1211-1218 (2001).

상세보기
T. Otawa, M. Yamada, R. Tanibata, M. Kawakami, E. F. Vansant, and R. Dewolfs, Gas Separation Technology, Elsevier, Amsterdam, Netherlands (1990).

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].

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