폐감귤박으로 제조한 활성탄을 충전한 고정층 반응기에서 아세톤, 벤젠 및 메틸메르캅탄의 흡착특성 Adsorption Characteristics of Acetone, Benzene, and Metylmercaptan in the Fixed Bed Reactor Packed with Activated Carbon Prepared from Waste Citrus Peel원문보기
폐감귤박으로 제조한 활성탄(WCAC)을 충전한 고정층 반응기에서 아세톤, 벤젠 및 메틸메르캅탄(MM)의 3종류의 대상가스에 대한 흡착특성을 검토하였다. 단일성분계의 경우에 파과곡선으로부터 구한 파과시간은 유입농도 및 유량이 증가할수록 감소하였으나 형상비(L/D)가 증가할수록 증가하였다. WCAC에 의한 대상가스의 흡착량은 유입농도 및 형상비가 증가할수록 증가하였으나 유량증가에 따른 흡착량은 대상가스에 따라 차이를 나타내었다. 파과시간 및 흡착량 결과에 의하면 WCAC에 대한 친화력은 벤젠이 가장 높고, 다음으로 아세톤 그리고 MM의 순서이었다. 한편, 2성분계 및 3성분계 혼합가스의 흡착 경우에 파과곡선은 WCAC와 친화력이 작은 흡착질은 친화력이 큰 흡착질로 치환되면서 roll-up 현상을 보였다. 그리고 WCAC에 의한 아세톤의 흡착은 황화합물인 MM보다 비극성인 벤젠과 혼합되어 있을 경우에 영향을 크게 받는 것으로 나타났다.
폐감귤박으로 제조한 활성탄(WCAC)을 충전한 고정층 반응기에서 아세톤, 벤젠 및 메틸메르캅탄(MM)의 3종류의 대상가스에 대한 흡착특성을 검토하였다. 단일성분계의 경우에 파과곡선으로부터 구한 파과시간은 유입농도 및 유량이 증가할수록 감소하였으나 형상비(L/D)가 증가할수록 증가하였다. WCAC에 의한 대상가스의 흡착량은 유입농도 및 형상비가 증가할수록 증가하였으나 유량증가에 따른 흡착량은 대상가스에 따라 차이를 나타내었다. 파과시간 및 흡착량 결과에 의하면 WCAC에 대한 친화력은 벤젠이 가장 높고, 다음으로 아세톤 그리고 MM의 순서이었다. 한편, 2성분계 및 3성분계 혼합가스의 흡착 경우에 파과곡선은 WCAC와 친화력이 작은 흡착질은 친화력이 큰 흡착질로 치환되면서 roll-up 현상을 보였다. 그리고 WCAC에 의한 아세톤의 흡착은 황화합물인 MM보다 비극성인 벤젠과 혼합되어 있을 경우에 영향을 크게 받는 것으로 나타났다.
Adsorption experiments of three target gases such as acetone, benzene, and methyl mercaptan (MM) were carried in a continuous reactor using the activated carbon prepared from waste citrus peel. In a single gas system, the breakthrough time obtained from using the activated carbon (WCAC) prepared fro...
Adsorption experiments of three target gases such as acetone, benzene, and methyl mercaptan (MM) were carried in a continuous reactor using the activated carbon prepared from waste citrus peel. In a single gas system, the breakthrough time obtained from using the activated carbon (WCAC) prepared from waste citrus peel. In a single gas system, the breakthrough time obtained from the breakthrough curve decreased with increasing the inlet concentration and flow rate, but increased with respect to the aspect ratio (L/D). Adsorbed amounts of the target gases by WCAC increased as a function of the inlet concentration and aspect ratio. However, adsorbed amounts with the increase of the flow rate were different depending upon target gases. Results from the breakthrough time and adsorbed amount showed that the affinity for WCAC was the highest in benzene, followed by acetone and then MM. On the other hand, in the binary and ternary systems, the breakthrough curve showed a roll-up phenomenon where the adsorbate having a small affinity for WCAC was replaced with the adsorbate with a high affinity. The adsorption of acetone on WCAC was more strongly affected when mixing with the nonpolar benzene than that of using sulfur compound MM.
Adsorption experiments of three target gases such as acetone, benzene, and methyl mercaptan (MM) were carried in a continuous reactor using the activated carbon prepared from waste citrus peel. In a single gas system, the breakthrough time obtained from using the activated carbon (WCAC) prepared from waste citrus peel. In a single gas system, the breakthrough time obtained from the breakthrough curve decreased with increasing the inlet concentration and flow rate, but increased with respect to the aspect ratio (L/D). Adsorbed amounts of the target gases by WCAC increased as a function of the inlet concentration and aspect ratio. However, adsorbed amounts with the increase of the flow rate were different depending upon target gases. Results from the breakthrough time and adsorbed amount showed that the affinity for WCAC was the highest in benzene, followed by acetone and then MM. On the other hand, in the binary and ternary systems, the breakthrough curve showed a roll-up phenomenon where the adsorbate having a small affinity for WCAC was replaced with the adsorbate with a high affinity. The adsorption of acetone on WCAC was more strongly affected when mixing with the nonpolar benzene than that of using sulfur compound MM.
따라서 본 연구에서는 WCAC를 충전한 연속식 흡착 반응기를 이용하여 방향족인 톨루엔, 케톤류인 아세톤 그리고 황화합물인 MM이 단독으로 존재하는 경우에 유입농도, 유입유량 및 형상비를 변화시킴에 따른 파과특성을 검토하였으며, 아울러 이들 가스로 구성된 2성분 혼합가스의 경우와 3성분 혼합가스의 경우에 대한 파과특성을 비교 검토하였다.
제안 방법
본 연구에서는 제주도의 농업폐기물인 폐감귤박으로 제조한 활성탄(WCAC)을 충전한 고정층 반응기에서 방향족인 톨루엔, 케톤류인 아세톤 그리고 황화합물인 MM의 3종류 가스를 대상으로 하여 단일 성분계와 혼합 성분계에 대한 흡착실험을 수행하여 다음과 같은 결론을 얻었다.
대상 데이터
사용한 활성탄은 선행연구[11]에서와 같이 제주도 지방개발공사 제1,2감귤복합 처리가공공장에서 부산물로 발생되는 폐감귤박을 진공동결 건조시켜 수분을 완전히 제거한 다음에 일정 크기로 분쇄한 시료를 300 ℃의 muffle furnace에서 1.5 h 동안 탄화시켜 세척한 후, 건조오븐에서 105 ℃에서 24 h 동안 건조시킨 다음에 활성화제 KOH의 침적비 300%, 활성화 온도 900 ℃, 활성화 시간 1.5 h로 활성화시켜 폐감귤박 활성탄(WCAC)을 제조하였다.
흡착대상가스로는 휘발성유기화합물(VOCs) 중에서 극성물질인 아세톤과 비극성물질인 벤젠, 그리고 황화합물 중에서는 악취물질로 지정된 MM을 사용하였으며, 이들 가스의 물성을 Table 1에 나타내었다.
성능/효과
파과곡선으로부터 구한 흡착량은 유입농도 및 형상비(L/D)가 증가할수록 증가하였으나 유량증가에 따른 흡착량은 대상가스에 따라 차이를 나타내었다. 2성분계 및 3성분계 혼합가스의 흡착경우의 파과곡선은 WCAC 내에서의 대상가스간의 상호작용 및 WCAC에 대한 대상가스의 친화력에 기인하여 유입농도보다 유출농도가 커지게 되는 roll-up 현상을 보였다. 이와 같이 흡착제와 친화력이 높은 물질이 흡착점을 점유하면서 이미 흡착되어 있는 낮은 친화력을 갖는 물질을 치환해서 탈착하게 되어 친화력이 낮은 물질이 먼저 파과되었으며 파과시간이 감소하였다.
특히, 아세톤과 MM과 비교하여 비점이 높고, 증기압이 낮으며 휘발성이 약한 특성을 가진 벤젠이 WCAC에 친화력이 높은 것으로 나타났다. WCAC에 의한 아세톤의 흡착은 황화합물인 MM보다 비극성물질인 벤젠과 혼합되어 있을 경우에 영향을 크게 받는 것으로 나타났다.
단일성분의 경우에 얻어진 파과곡선에서 아세톤, 벤젠 및 MM의 파과시간은 유입농도 및 유량이 증가할수록 감소하였으나 형상비가 증가할수록 증가하였다. 파과곡선으로부터 구한 흡착량은 유입농도 및 형상비(L/D)가 증가할수록 증가하였으나 유량증가에 따른 흡착량은 대상가스에 따라 차이를 나타내었다.
이와 같이 흡착제와 친화력이 높은 물질이 흡착점을 점유하면서 이미 흡착되어 있는 낮은 친화력을 갖는 물질을 치환해서 탈착하게 되어 친화력이 낮은 물질이 먼저 파과되었으며 파과시간이 감소하였다. 특히, 아세톤과 MM과 비교하여 비점이 높고, 증기압이 낮으며 휘발성이 약한 특성을 가진 벤젠이 WCAC에 친화력이 높은 것으로 나타났다. WCAC에 의한 아세톤의 흡착은 황화합물인 MM보다 비극성물질인 벤젠과 혼합되어 있을 경우에 영향을 크게 받는 것으로 나타났다.
단일성분의 경우에 얻어진 파과곡선에서 아세톤, 벤젠 및 MM의 파과시간은 유입농도 및 유량이 증가할수록 감소하였으나 형상비가 증가할수록 증가하였다. 파과곡선으로부터 구한 흡착량은 유입농도 및 형상비(L/D)가 증가할수록 증가하였으나 유량증가에 따른 흡착량은 대상가스에 따라 차이를 나타내었다. 2성분계 및 3성분계 혼합가스의 흡착경우의 파과곡선은 WCAC 내에서의 대상가스간의 상호작용 및 WCAC에 대한 대상가스의 친화력에 기인하여 유입농도보다 유출농도가 커지게 되는 roll-up 현상을 보였다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
활성탄이란 무엇인가?
활성탄은 높은 기공률과 넓은 표면적을 가지고 있어 다양한 종류의 오염 물질을 효과적으로 제거하는 데 사용하고 있는 뛰어난 흡착제이다. 그러나 일반적으로 시판되는 상업용 활성탄은 가격이 비싸 대규모 처리에 있어서 높은 운영비용이 요구[2]되기 때문에 오염물질제거에 있어서 경제적이고 현실적인 방법으로서 경제적 가치가 낮아 폐기되고 있는 농업 부산물이나 폐기물 자원을 이용한 활성탄 제조에 관심이 크게 높아지고 있다.
상업용 활성탄의 문제점은 무엇인가?
활성탄은 높은 기공률과 넓은 표면적을 가지고 있어 다양한 종류의 오염 물질을 효과적으로 제거하는 데 사용하고 있는 뛰어난 흡착제이다. 그러나 일반적으로 시판되는 상업용 활성탄은 가격이 비싸 대규모 처리에 있어서 높은 운영비용이 요구[2]되기 때문에 오염물질제거에 있어서 경제적이고 현실적인 방법으로서 경제적 가치가 낮아 폐기되고 있는 농업 부산물이나 폐기물 자원을 이용한 활성탄 제조에 관심이 크게 높아지고 있다. 따라서 최근에는 목재, 톱밥, 목탄, 석탄, 이탄, 갈탄 등과 같은 기존의 활성탄 원료를 대신하여 야자 껍질[3], 사탕수수[4], 옥수수대[5], 대나무[6], 오렌지 껍질[7], 코코넛 껍질, 땅콩껍질, 쌀겨 및 밀짚[8], 폐감귤박[9-11] 등과 같은 다양한 농업 폐기물자원을 활성탄 제조 원료로 사용하는 연구가 되고 있다.
2성분계 및 3성분계 혼합가스의 흡착의 파과곡선은 어떤 특징이 있는가?
2성분계 및 3성분계 혼합가스의 흡착경우의 파과곡선은 WCAC 내에서의 대상가스간의 상호작용 및 WCAC에 대한 대상가스의 친화력에 기인하여 유입농도보다 유출농도가 커지게 되는 roll-up 현상을 보였다. 이와 같이 흡착제와 친화력이 높은 물질이 흡착점을 점유하면서 이미 흡착되어 있는 낮은 친화력을 갖는 물질을 치환해서 탈착하게 되어 친화력이 낮은 물질이 먼저 파과되었으며 파과시간이 감소하였다. 특히, 아세톤과 MM과 비교하여 비점이 높고, 증기압이 낮으며 휘발성이 약한 특성을 가진 벤젠이 WCAC에 친화력이 높은 것으로 나타났다.
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