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실내 라돈가스 제거를 위한 Pitch계 활성탄소섬유 제조 및 특성연구
Synthesization and Characterization of Pitch-based Activated Carbon Fiber for Indoor Radon Removal 원문보기

Journal of nuclear fuel cycle and waste technology = 방사성폐기물학회지, v.15 no.3, 2017년, pp.207 - 218  

곽대철 (안양대학교) ,  최상선 (안양대학교) ,  이준혁 (안양대학교) ,  이순홍 (안양대학교)

초록
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본 연구에서는 열분해잔사유(Pyrolysis Fuel Oil, PFO)를 이용한 Pitch계 활성탄소섬유를 제조하였다. 제조한 Pitch안정화 섬유의 탄화 및 활성화 온도를 850, 880, $900^{\circ}C$로 달리하여 각각 다른 샘플의 기공형성에 대한 영향을 알아보기 위해 BET와 SEM을 이용하여 비교 분석하였다. 세 가지 샘플 ACF850, ACF880, ACF900를 분석한 결과 ACF880의 비표면적과 미세기공표면적이 각각 $1,420m^2{\cdot}g^{-1}$, $1,270m^2{\cdot}g^{-1}$으로 가장 높았으며, 외부비표면적과 BJH흡착누적공극표면에서 가장 낮은 중기공표면적이 도출되었다. 또한 $N_2$가스 등온흡착곡선을 분석한 결과, 미세기공의 분포가 균일한 것을 확인할 수 있었다. ACF880은 흡착률 및 흡착속도에서도 가장 높은 결과값을 보이며, 흡착속도는 미세기공표면적과 비례하며 중기공표면적과 반비례함을 알 수 있었다. 제조한 Pitch계 활성탄소섬유를 라돈 연속측정방법을 통해 48시간 동안 측정한 결과 샘플 모두 라돈 흡착성능을 보였다. 제조한 샘플 중 ACF880이 34.0%로 가장 높은 흡착률을 보였으며, ACF850이 29.5%로 가장 낮은 흡착률을 나타내었다. 이는 비표면적이 높을수록 흡착률이 높아지는 것을 알 수 있었다. 이를 선형회귀선 기울기로 환산하여 흡착속도로 확인한 결과 ACF880이 -1.89로 가장 빠른 것을 확인하였으며, ACF900이 -1.48로 가장 낮은 흡착속도를 보여 미세기공표면적이 높을수록, 중기공표면적이 낮을수록 흡착속도가 증가하는 것을 알 수 있었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this study, pitch-based activated carbon fibers (ACFs) were modified with pyrolysis fuel oil (PFO). Carbonized ACF samples were activated at $850^{\circ}C$, $880^{\circ}C$ and $900^{\circ}C$. A scanning electron microscope (SEM) and a BET surface area apparatus we...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 제조한 활성탄소섬유를 SEM분석을 통해 섬유 표면을 관찰하였으며, BET를 통해 비표면적과 미세기공표면적 및 외부비표면적 등을 분석하였다. 또한 국내에서 시행하고 있는 다중이용시설 및 공동주택에 해당하는 저 농도 라돈가스에 대한 흡착률 및 흡착속도의 연구하였다.
  • 본 연구는 Pitch계 활성탄소섬유를 제조하여 실내라돈가스의 흡착능을 평가하였다. 탄화 및 활성화 온도를 달리한 샘플 중 성능이 가장 좋은 ACF880의 비표면적과 미세기공표면적은 각각 1,420 m2·g-1, 1,270 m2·g-1이며, 외부비표면적과 BJH흡착누적공극표면적을 분석하여 중기공표면적은 가장 낮음을 알 수 있었다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
라돈의 특징은 무엇인가? 라돈은 무색, 무취 및 화학적으로 비활성기체인 특성으로 인해 실내에 존재하여도 인지가 어려워 인체에 쉽게 노출된다[5]. 라듐에서 붕괴되어 생성된 라돈이 인체에 흡입되면 대부분 날숨으로 빠져나오나 안정핵종인 206Pb로 붕괴하는 과정에서 발생하는 α선과 자핵종이 인체의 세포나 염색체를손상시키거나 호흡기관에 흡착되어 폐암 등의 질병을 유발할 수 있다[6-8].
활성탄소섬유의 장점은 무엇인가? 이를 극복하기 위해 제올라이트와 활성탄소의 흡착성능을 개선하기 위해 많은 연구가 진행 중에 있으며, 최근 높은 비표면적과 빠른 흡착속도를 가지는 활성탄소섬유(Activated carbon fiber, ACF)가 주목받고 있다. 활성탄소섬유는 주로 20Å 이하의 micro pore가 균일하게 분포하여 빠른 흡착속도를 가지며, 높은 비표면적은 우수한 흡착성능을 보인다[20, 21]. 또한 섬유형태로서 가공이 뛰어나 여러 분야에 적용이 가능하다[22].
라돈의 동위원소 중 상대적으로 반감기가 길어 자핵종과 함께 높은 자연 방사선 피폭 기여도를 보여주는 것은 무엇인가? 96 sec, 55.6 sec로 비교적 짧고, 222Rn의 경우 3.82 day로 동위원소에 비해 상대적으로 반감기가 길어 자핵종과 함께 높은 자연 방사선 피폭 기여도를 보여준다[12-14].
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참고문헌 (27)

  1. B.F. Yu, Z.B. Hu, M. Liu, H.L. Yang, Q.X. Kong, and Y.H. Liu, "Review of research on air-conditioning systems and indoor air quality control for human health", International journal of refrigeration, 32(1), 3-20 (2009). 

  2. E.K. Lee, B.D. Lee, and J.C. Park, "A study on the indoor air quality in newly-constructed apartment houses", In Proceeding of annual conference of the architectural institute of Korea planning & Design, Architectural Institute of Korea, AIK, 311-316 (1994). 

  3. L. Font, C. Baixeras, and V. Moreno, "Indoor radon levels in underground workplaces of Catalonia, Spain" , Radiation Measurements, 43, 467-470 (2008). 

  4. P.K. Hopke (Ed.). "Radon and its decay products: Occurrence, properties, and health effects", American Chemical Society (1987). 

  5. K.H. Lee, "A Study Radon Removal Efficiency using nano-size carbon colloid [dissertation]", [WonJu]: Yonsei University (2012). 

  6. J. P. David and S. P. Jerome. Environmental Protection Agency, 54-57, (2003), Assessment of Risks from Radon in Homes. 

  7. Awhida A., Ujic P., Vukanac I., Durasevic M., Kandic A., Celikovic I., and Kolarz P., "Novel method of measurement of radon exhalation from building materials", Journal of Environmental Radioactivity, 164, 337-343 (2016). 

  8. H. Zeeb and F. Shannoun. World Health Organization, 38-39, (2009), "WHO handbook on indoor radon: a public health perspective. World Health Organization." 

  9. National Research Council, Health risks of radon and other internally deposited alpha-emitters: BEIR IV (Vol. 4), National Academies Press, Washington, D.C. (1988). 

  10. I.C. Im, "Radon concentration measurement at general house in Pusan area" Journal of radiological science and technology, 27(2), 29-33 (2004). 

  11. L. Sathish A., K. Nagaraja, H. C. Ramanna, and S. Sundareshan, "Volumetric Variations of Indoor Radon and Thoron", Arabian Journal for Science and Engineering, 36(4), 671-676 (2011). 

  12. International Commission on Radiological Protection, "limits for inhalation of radon daughters by workers", ICRP publication 32, Annals of the ICRP (1981). 

  13. M. Rafique, S.U. Rahman, T. Mahmood, S. Rahman, and S.U. Rehman, "Radon exhalation rate from soil, sand, bricks, and sedimentary samples collected from Azad Kashmir, Pakistan", Russian Geology and Geophysics, 52(4), 450-457 (2011). 

  14. L. Font and C. Baixeras, "The RAGENA dynamic model of radon generation, entry and accumulation indoors", Science of the total environment, 307(1), 55-69 (2003). 

  15. J.W. Gofman, "Radiation and human health", United States: Sierra Club Books, San Francisco, CA (1981). 

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  17. S.M.J. Mortazavi, S. Mehdizadeh, M. Zehtabian, and S. Sina, "Development of an economical radonresistant construction technique that is applicable in national radon-reduction programmes", International Journal of Low Radiation, 6(2), 113-118 (2009). 

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  19. I. Bikit, D. Mrdja, K. Bikit, S. Grujic, D. Knezevic, S. Forkapic, and U. Kozmidis-Luburic, "Radon adsorption by zeolite", Radiation Measurements, 72, 70-74 (2015). 

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  21. S.H. Yoon, Y. Korai, and I. Mochida, "Assessment and optimization of the stabilization process of mesophase pitch fibers by thermal analysis", Carbon, 32(2), 281-287 (1994). 

  22. P. Dwivedi, V. Gaur, A. Sharma, and N. Verma, "Comparative study of removal of volatile organic compounds by cryogenic condensation and adsorption by activated carbon fiber", Separation and Purification Technology, 39(1), 23-37 (2004). 

  23. J.S. Hwang, C.H. Lee, K.H. Cho, M.S. Kim, C.J. Kim, S.K. Ryu, and B.S. Rhee, "Preparation of anisotropic/isotropic pitches from NCC-PFO", Korean Chemical Engineering Research, 33(5), 551-551 (1995). 

  24. H. El Akrami A., M.F. Yardim, and E. Ekinci, "Preparation and characterization of Raman-Dincer crude oil derived pitches for production of stabilized fibers", Fuel, 79(5), 497-504 (2000). 

  25. B.K. Choi, L.K. Kwac, K.E. Yoon, M.K. Seo, and S.J. Park, "Preparation and Characterization of Coaltar Pitch-based Activated Carbon Fibers (I)-Effect of Steam Activation Temperature on Textural Properties of Activated Carbon Fibers", Textile Science and Engineering, 51(4), 174-179 (2014). 

  26. J. Lee and Y. Kim, "The Adsorption Characteristics by the Optimum Activation Process of PAN-based Carbon Fiber and $SO_2$ Adsorption Characteristics by the Impregnated Nanoparticles", J. of korean industrial and engineering chemistry, 17(5), 532 (2006). 

  27. M.H. Joo, M.S. Song, S.G. Im, H.D. Kim, C.S. An, D.C. Jang, and S.B. Seo, "Analytical measurement of lardon gas reduction using synthetic zeolite and palm activated carbon", Proc. of the Korean Radioactive waste Society 2014 Autumn Conference, 12(2), 453-454 (2014). 

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