층간 삽입반응으로 얻어진 화합물을 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착과정 변화에 대한 연구 A Study on the Change of the Adsorption Process of VOCs in the Materials Prepared from the Intercalation Reaction원문보기
점토를 이용하여 세 종류의 새로운 형태의 변형된 유기물점토를 제조하였다. Cetylpyridinium chloride (CPC)를 점토에 층간 삽입시켜 OC-CPC를 합성하였고, Aluminium 축을 갖는 Al-PILC 만든 후, cetylpyridinium chloride를 Al-PILC에 삽입시켜 IOC-CPC 화합물을 합성하였다. IR과 TGA를 이용하여 이들 구조를 분석한 결과 층간 삽입반응이 성공적으로 이루어졌음을 확인할 수 있었다. X-ray 회절을 이용하여 층간 거리를 조사하였는데 OC-CPC가 제일 큰 값을 보여 주었다. 층간 구조를 갖는 화합물들은 삽입반응을 이용하여 구조를 변형시킬 수 있으며 이를 통해 층간거리, 표면적, 공간 크기, 화학적 친화성 같은 여러 물리적 성질들을 바꿀 수 있으므로, 본 논문에서는 자연점토를 이용하여 층간 반응을 통해 휘발성 유기화합물의 흡착에 쓰일 수 있는 유용한 유기점토 화합물을 합성하고 이들의 구조를 확인코자 하였다. 벤젠과 톨루엔의 흡착은 IOC-CPC나 Al-PILC에서 보다 OC-CPC에서 더 잘 이루어졌으며, 자연점토에서는 거의 흡착이 일어나지 않았다. OC-CPC 화합물에서는 친 소수성 성질이 크고 층간 거리도 증가했기 때문에 흡착이 잘 일어났다고 볼 수 있으며, 반면에 친수성이 큰 Al-PILC에서는 벤젠과 톨루엔 같은 휘발성 유기물에 대한 흡착이 상대적으로 적게 일어났다.
점토를 이용하여 세 종류의 새로운 형태의 변형된 유기물점토를 제조하였다. Cetylpyridinium chloride (CPC)를 점토에 층간 삽입시켜 OC-CPC를 합성하였고, Aluminium 축을 갖는 Al-PILC 만든 후, cetylpyridinium chloride를 Al-PILC에 삽입시켜 IOC-CPC 화합물을 합성하였다. IR과 TGA를 이용하여 이들 구조를 분석한 결과 층간 삽입반응이 성공적으로 이루어졌음을 확인할 수 있었다. X-ray 회절을 이용하여 층간 거리를 조사하였는데 OC-CPC가 제일 큰 값을 보여 주었다. 층간 구조를 갖는 화합물들은 삽입반응을 이용하여 구조를 변형시킬 수 있으며 이를 통해 층간거리, 표면적, 공간 크기, 화학적 친화성 같은 여러 물리적 성질들을 바꿀 수 있으므로, 본 논문에서는 자연점토를 이용하여 층간 반응을 통해 휘발성 유기화합물의 흡착에 쓰일 수 있는 유용한 유기점토 화합물을 합성하고 이들의 구조를 확인코자 하였다. 벤젠과 톨루엔의 흡착은 IOC-CPC나 Al-PILC에서 보다 OC-CPC에서 더 잘 이루어졌으며, 자연점토에서는 거의 흡착이 일어나지 않았다. OC-CPC 화합물에서는 친 소수성 성질이 크고 층간 거리도 증가했기 때문에 흡착이 잘 일어났다고 볼 수 있으며, 반면에 친수성이 큰 Al-PILC에서는 벤젠과 톨루엔 같은 휘발성 유기물에 대한 흡착이 상대적으로 적게 일어났다.
The potential use of modified clays in the adsorption of vapor phase benzene and toluene was investigated. The modified clays OC-CPC, IOC, and Al-PILC were prepared for comparative purposes and were characterized using infrared spectroscopy, thermogravimetric analysis, and X-ray diffraction. It was ...
The potential use of modified clays in the adsorption of vapor phase benzene and toluene was investigated. The modified clays OC-CPC, IOC, and Al-PILC were prepared for comparative purposes and were characterized using infrared spectroscopy, thermogravimetric analysis, and X-ray diffraction. It was confirmed the intercalation of the aluminium pillar in IOC and Al-PILC, as well as the introduction of cetylpyridinium. The adsorption studies showed a great affinity of benzene and toluene for OC-CPC due to the hydrophobic character that resulted and also to the increase in the interlaminar distance. IOC showed a lower affinity for the benzene and toluene, followed by Al-PILC. Natual clay had no affinity for benzene and toluene due to its hydrophilic nature. Clay materials having a laminar structure can be chemically modified, changing their physiochemical characteristics, such as interlaminar distance, surface area, pore size, and chemical affinity. In this study, it was focused on obtaining modified clays to be used for the adsorption of volatile organic chemicals.
The potential use of modified clays in the adsorption of vapor phase benzene and toluene was investigated. The modified clays OC-CPC, IOC, and Al-PILC were prepared for comparative purposes and were characterized using infrared spectroscopy, thermogravimetric analysis, and X-ray diffraction. It was confirmed the intercalation of the aluminium pillar in IOC and Al-PILC, as well as the introduction of cetylpyridinium. The adsorption studies showed a great affinity of benzene and toluene for OC-CPC due to the hydrophobic character that resulted and also to the increase in the interlaminar distance. IOC showed a lower affinity for the benzene and toluene, followed by Al-PILC. Natual clay had no affinity for benzene and toluene due to its hydrophilic nature. Clay materials having a laminar structure can be chemically modified, changing their physiochemical characteristics, such as interlaminar distance, surface area, pore size, and chemical affinity. In this study, it was focused on obtaining modified clays to be used for the adsorption of volatile organic chemicals.
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문제 정의
본 논문에서는 변형된 구조를 갖는 점토를 이용하여 휘발성 유기화합물(VOC)인 벤젠과 톨루엔이 흡착하는 문제에 대하여 연구하였다. 층간화합물로는 cetylpyridinium chloride (CPC)를 이용하였으며, 휘발성 유기화합물을 흡착하는 과정을 Infrared spectroscopy, Thermogrvimetric analysis.
가설 설정
제올라이트의 비 가연성, 열적 안정성, 소수성 특징은 흡착에서 매우 중요한 역할을 한다. 소수성 제올라이트는 물에 낮은 친화성을 띄는데 이는 유용한 물리적 성질로써 물이 존재할 때는 용매/소수성 제올라이트 시스템에서 흡착량이 감소하지만 수증기가 흡착 반응역학에는 영향을 미치지 않는다.
탄소흡착은 휘발성 유기화합물의 제어 기술에서 널리 이용되는 방법 중의 하나이다. 휘발성 유기화합물은 물리적 흡착을 통해 유입가스로부터 탄소의 표면으로 제거된다. 이 시스템은 최대유량과 예상 농도에 따라 규모가 결정되며 비교적 낮은 휘발성 물질의 농도에서도 효율이 높다.
제안 방법
층간화합물로는 cetylpyridinium chloride (CPC)를 이용하였으며, 휘발성 유기화합물을 흡착하는 과정을 Infrared spectroscopy, Thermogrvimetric analysis. X-ray diffraction을 사용하여 조사하였다.
유기물 점토 (OC-CPC)는 알려진 방법 [21]을 이용하여 점토와 계면활성제 (CPC)를 혼합하여 만들었다. 적외선 분석 (FT-IR)은 KBr pellet 으로 Perkin Elmer 1600 spectrometer를 이용하여, 유기화합물과 무기화합물의 층간 반응으로 얻어진 화합물의 구조 차이를 알아보는데 활용하였다. Thermogravimetric (TGA)는 25°C부터 850°C 까지 10°C/min 속도로 Model 1090 AT thermoanalyzer를 써서 층간 반응으로 만들어진 AL-PLLC에 있는 알루미늄 고분자와 다른 변형된 점토에 있는 cetylpiridinium의 화학구조의 변화를 확인하기 위하여 사용하였다.
점토를 이용하여 세 종류의 새로운 형태의 변형된 유기물점토를 제조하였고, X-ray 회절을 이용하여 층간 거리를 조사하였는데 OC-CPC가 제일 큰 값을 보여 주었다. 층간 구조를 갖는 화합물들은 삽입반응을 이용하여 구조를 변형시킬 수 있으며 이를 통해 층간거리, 표면적, 공간 크기, 화학적 친화성 같은 여러 물리적 성질들을 바꿀 수 있으므로, 여기서는 자연점토를 이용하여 층간 반응을 통해 휘발성 유기화합물의 흡착에 쓰일 수 있는 유용한 유기점토 화합물을 합성하고 이들의 구조를 확인하였다. 벤젠과 톨루엔의 흡착은 IOC-CPC나 Al-PILC에서 보다 OC-CPC에서더 잘 이루어졌고, 자연점토에서는 거의 흡착이 일어나지 않았다.
대상 데이터
유기물 점토 (OC-CPC), 무기물 점토 (IOC), Aluminium 기둥이 들어간 점토 (Al-PILC)를 제조하였다. Aluminium이 들어간 점토는 Torkatz와 Shabtai에 의해 알려진 방법에 기초해서 만들었다 [19,20].
이론/모형
무기물점토 (IOC)는 앞서 만들어진 Al-PILC을 탄소 공급 물질로써의 cetyl piridinium (CPC)과 혼합하여 제조하였는데 이때 양이온 교환이 완전히 이루어지도록 비율을 맞추었다 [20]. 유기물 점토 (OC-CPC)는 알려진 방법 [21]을 이용하여 점토와 계면활성제 (CPC)를 혼합하여 만들었다. 적외선 분석 (FT-IR)은 KBr pellet 으로 Perkin Elmer 1600 spectrometer를 이용하여, 유기화합물과 무기화합물의 층간 반응으로 얻어진 화합물의 구조 차이를 알아보는데 활용하였다.
성능/효과
벤젠과 톨루엔의 흡착은 IOC-CPC나 Al-PILC에서 보다 OC-CPC에서더 잘 이루어졌고, 자연점토에서는 거의 흡착이 일어나지 않았다. OC-CPC 화합물에서는 친 소수성 성질이 크고 층간 거리도 증가했기 때문에 흡착이 잘 일어났다고 볼 수 있으며, 반면에 친수성이 큰 Al-PILC 에서는 벤젠과 톨루엔 같은 휘발성 유기물에 대한 흡착이 상대적으로 적게 일어났다.
층간 구조를 갖는 화합물들은 삽입반응을 이용하여 구조를 변형시킬 수 있으며 이를 통해 층간거리, 표면적, 공간 크기, 화학적 친화성 같은 여러 물리적 성질들을 바꿀 수 있으므로, 여기서는 자연점토를 이용하여 층간 반응을 통해 휘발성 유기화합물의 흡착에 쓰일 수 있는 유용한 유기점토 화합물을 합성하고 이들의 구조를 확인하였다. 벤젠과 톨루엔의 흡착은 IOC-CPC나 Al-PILC에서 보다 OC-CPC에서더 잘 이루어졌고, 자연점토에서는 거의 흡착이 일어나지 않았다. OC-CPC 화합물에서는 친 소수성 성질이 크고 층간 거리도 증가했기 때문에 흡착이 잘 일어났다고 볼 수 있으며, 반면에 친수성이 큰 Al-PILC 에서는 벤젠과 톨루엔 같은 휘발성 유기물에 대한 흡착이 상대적으로 적게 일어났다.
본 연구에서 만들어진 OC-CPC 같은 유기점토들은 벤젠과 톨루엔 같은 휘발성 유기화합물들의 흡착에 있어 우수한 능력을 보여 주었다. OC-CPC는 소수성 성질을 갖고 있기 때문에 휘발성 유기물 흡착에 있어 널리 사용되는 활성탄처럼, 흡착하는데 있어 수증기 같은 다른 기체들의 영향을 받지 않아 유용하게 널리 활용될 수 있을 것이다.
적외선 스펙트럼 (IR)과 Thermogravimetric 분석을 통하여 Al-PILC와 IOC에서 Aluminium의 층간 삽입이 성공적으로 이루어졌음을 알 수 있었다. 또한 cetylpyridinium 화합물이 OC-CPC와 IOC에도 잘 도입되었음을 확인할 수 있었다.
후속연구
본 연구에서 만들어진 OC-CPC 같은 유기점토들은 벤젠과 톨루엔 같은 휘발성 유기화합물들의 흡착에 있어 우수한 능력을 보여 주었다. OC-CPC는 소수성 성질을 갖고 있기 때문에 휘발성 유기물 흡착에 있어 널리 사용되는 활성탄처럼, 흡착하는데 있어 수증기 같은 다른 기체들의 영향을 받지 않아 유용하게 널리 활용될 수 있을 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
휘발성 유기화합물은 무엇인가?
휘발성 유기화합물(Volatle organic compounds, VOC)은 주요 대기 오염물질 중 하나로 주위 환경에 해로운 작용을 한다. 휘발성 유기화합물(VOC)은 증기압이 높아 대기중으로 쉽게 증발되는 액체 또는 기체상 유기화합물을 일컫는데 생태계, 인류보건, 그리고 대기환경에 모두 좋지않은 영향을 미친다. 대다수의 VOC는 복잡한 광화학 반응을 거처 초기물질 보다 더 큰 독성을 가진 이차 부산물을 발생하기도 하고 온난화의 원인물질도 되므로 국가마다 배출을 줄이기 위해 많은 노력을 하고 있다.
VOC가 배출되는 공정과 장치의 개조와 같은 일련의 청정기술로의 전환 노력은 무엇인가?
휘발성 유기화합물을 줄이기 위한 방법의 하나로 VOC가 배출되는 공정과 장치의 개조와 같은 일련의 청정기술로의 전환 노력이 있다. 공정에 이용되는 물질중 휘발성 물질의 배출을 유발하는 화합물을 대체 물질로 교체하거나, 발생을 최소화하는 공정 조건으로 변경하는 것이다 [1-3]. 또 다른 방법으로는 VOC 제어기술을 개발하는 것이다.
국가마다 VOC 배출을 줄이기 위해 많은 노력을 하는 이유는 무엇인가?
휘발성 유기화합물(VOC)은 증기압이 높아 대기중으로 쉽게 증발되는 액체 또는 기체상 유기화합물을 일컫는데 생태계, 인류보건, 그리고 대기환경에 모두 좋지않은 영향을 미친다. 대다수의 VOC는 복잡한 광화학 반응을 거처 초기물질 보다 더 큰 독성을 가진 이차 부산물을 발생하기도 하고 온난화의 원인물질도 되므로 국가마다 배출을 줄이기 위해 많은 노력을 하고 있다. 벤젠, 테트라클로르에틸렌과 같은 몇몇 VOC들은 잠재적인 발암성을 가지고 있는 것으로 밝혀졌고, 때로는 대기오염 물질인 오존의 전구물질로도 작용한다.
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