[논문]새집증후군 유발 벤젠가스 흡착에 미치는 활성탄소섬유의 함산소불소화 영향

임형순; 김민지; 공은영; 정진도; 이영석

doi:10.14478/ace.2018.1007

새집증후군 유발 벤젠가스 흡착에 미치는 활성탄소섬유의 함산소불소화 영향
Effect of Oxyfluorination of Activated Carbon Fibers on Adsorption of Benzene Gas Causing Sick House Syndrome 원문보기

공업화학 = Applied chemistry for engineering, v.29 no.3, 2018년, pp.312 - 317

임형순 (호서대학교 기후변화융합기술학과) , 김민지 (충남대학교 응용화학공학과) , 공은영 (충남대학교 응용화학공학과) , 정진도 (호서대학교 기후변화융합기술학과) , 이영석 (충남대학교 응용화학공학과)

초록
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본 연구에서는 새집증후군 원인가스 중 하나인 벤젠 가스 흡착특성을 향상시키기 위하여 활성탄소섬유에 함산소불소화 처리를 실시하였다. 함산소불소화 처리된 활성탄소섬유 표면특성 및 기공특성은 X-선광전자분광기(XPS)와 Brunauer-Emmett-Teller (BET) 분석을 통해 확인하였으며, 벤젠 가스 흡착 특성은 가스크로마토그래피(GC)로 평가하였다. XPS 결과로부터 불소분압이 증가함에 따라 활성탄소섬유 표면의 불소관능기가 증가함을 알 수 있었다. 함산소불소화 처리 후 모든 샘플의 비표면적은 감소하였으나, 불소 분압이 0.1 bar일 때 그 미세기공 부피비가 증가하였다. 함산소불소화 처리된 활성탄소섬유는 11 h 동안 100 ppm의 벤젠 가스를 모두 흡착하였으며, 이는 미처리 활성탄소섬유와 비교하여 벤젠 가스 흡착효율이 약 2배 향상됨을 알 수 있었다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, activated carbon fibers (ACFs) were treated by oxy-fluorination to improve the adsorption property of benzene gas, one of the gases causing sick house syndrome. Surface properties and pore characteristics of oxyfluorinated activated carbon fibers were confirmed by X-ray photoelectron Spectroscopy (XPS) and Brunauer-Emmett-Teller (BET), and adsorption properties of benzene gas were evaluated by gas chromatography (GC). As a result of XPS data, it was confirmed that the fluorine functional groups on activated carbon fibers surface increased with increasing the fluorine partial pressure. The specific surface area of all samples decreased after the oxyfluorination treatment, but the micropore volume ratio increased when the fluorine partial pressure was at 0.1 bar. The oxyfluorinated activated carbon fibers adsorbed 100 ppm benzene gas for an 11 h, it was found that the adsorption efficiency of benzene gas was improved about twice as much as that of untreated ones.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 함산소불소화 처리 후 활성탄소섬유 표면에 도입되는 불소 및 산소 함량에 따른 벤젠흡착 특성을 확인하고자, 불소 분압을 변수로 상온에서 함산소불소화 처리를 실시하였다. 또한 다양한 조건에서 표면처리된 활성탄소섬유가 VOCs 흡착소재로서의 응용 가능성이 있는지 확인하기 위하여 벤젠가스를 피흡착질로 선정하여 흡착 특성을 평가하였다.

제안 방법

본 연구에서는 함산소불소화 처리 후 활성탄소섬유 표면에 도입되는 불소 및 산소 함량에 따른 벤젠흡착 특성을 확인하고자, 불소 분압을 변수로 상온에서 함산소불소화 처리를 실시하였다. 또한 다양한 조건에서 표면처리된 활성탄소섬유가 VOCs 흡착소재로서의 응용 가능성이 있는지 확인하기 위하여 벤젠가스를 피흡착질로 선정하여 흡착 특성을 평가하였다.

대상 데이터

본 연구에서는 벤젠가스 제거를 위하여 레이온계 활성탄소섬유인 TK-1800 (Tongkang, China)을 사용하였다. 함산소불소화 반응에는 불소가스(99.
본 연구에서는 벤젠가스 제거를 위하여 레이온계 활성탄소섬유인 TK-1800 (Tongkang, China)을 사용하였다. 함산소불소화 반응에는 불소가스(99.0%, Messer Grieheim GmbH, Germany)와 고순도 산소가스(99.999%)를 사용하였으며, 벤젠 흡착실험에는 질소가스(99.999%), 수소가스(99.999%) 및 Zero air (고순도 공기)를 사용하였고, 피흡작질 로는 100 ppm 농도의 벤젠가스를 사용하였다.

데이터처리

, England)를 이용하여 분석하였다. 또한, 활성 탄소섬유의 기공특성 변화는 ASAP 2020 (Micromeritics Instrument Corp., US)을 이용하여 분석하였으며, 비표면적 및 기공분포도는 각각 Brunauer-Emmett-Teller (BET) 및 density-functional theory (DFT) 식을 이용하여 계산하였다.

이론/모형

미처리 및 함산소불소화 처리된 활성탄소섬유의 기공 변화를 확인하기 위하여 77 K 질소흡착법으로 그 기공특성을 고찰하였다. 활성탄 소섬유 샘플의 비표면적과 기공부피는 BET식과 t-plot법을 사용하여 각각 계산하였으며, 이 샘플의 흡착등온선과 기공분포도를 Figure 3 및 Figure 4에 나타내었다.

성능/효과

새집증후군 원인가스 중 하나인 벤젠가스의 제거능을 향상시키기 위하여, 활성탄소섬유에 함산소불소화 처리를 실시하였으며, 함산소 불소화 처리 조건에 따른 벤젠가스 흡착능력 평가를 실시하였다. 100 ppm의 벤젠 가스를 주입하였을 때, 함산소불소화 처리된 모든 활성탄 소섬유는 미처리된 활성탄소섬유와 비교하여 흡착효율이 모두 증가 되었으며, 최대 약 6 h까지 파과시간이 지연됨을 확인할 수 있었다. 이는 함산소불소화 처리 후 도입된 semi-covalent C-F bond 때문에 활성탄소섬유의 표면에너지가 증가하여, 더 많은 피흡착질을 끌어당긴 것으로 사료된다.
이는 함산소불소화 처리 후 도입된 semi-covalent C-F bond 때문에 활성탄소섬유의 표면에너지가 증가하여, 더 많은 피흡착질을 끌어당긴 것으로 사료된다. 또한 함산소불소화 처리된 샘플중에서는 미세기공 비율이 가장 높은 샘플의 벤젠 흡착효율이 가장 우수한 성능을 나타내었다. 이 결과를 통하여 흡착재의 표면특성과 기공구조가 적절한 조화를 이룰 때 벤젠가스 흡착효율이 더욱 향상됨을 확인할 수 있었다.
또한 함산소불소화 처리된 샘플중에서는 미세기공 비율이 가장 높은 샘플의 벤젠 흡착효율이 가장 우수한 성능을 나타내었다. 이 결과를 통하여 흡착재의 표면특성과 기공구조가 적절한 조화를 이룰 때 벤젠가스 흡착효율이 더욱 향상됨을 확인할 수 있었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	새집증후군은 무엇인가?	새집증후군(sick house syndrome)은 신축 및 리모델링 건물에 사용되는 건축자재나 벽지, 접착제 등에서 발생되는 유해물질로 인하여 인체에 발생되는 이상 증세를 의미한다. 새집증후군을 발생시키는 대표적인 유해물질로는 휘발성 유기화합물(volatile organic compounds, VOCs), 포름알데하이드, 클로로폼 등이 있으며, 이러한 유해물질은 일반적으로 두통, 현기증, 피로감, 아토피, 호흡기 질환, 알레르기 등의 증상을 유발한다고 알려져 있다[1,2].
	활성탄소섬유에 불소를 이용한 다양한 표면처리를 했을 때의 장점은 무엇인가?	또한, 이러한 활성탄소섬유의 흡착 및 제거 성능을 높이기 위하여, 피흡착질 흡착에 도움을 주는 관능기를 활성탄소섬유에 부여하는 다양한 표면처리(산화, 오존, 플라즈마, TiO 2 도입 등) 기술이 연구되고 있다[14-17]. 그중에서도 불소를 이용한 다양한 표면처리가 상온에서도 효과적으로 관능기가 도입되는 장점이 있어 관련 연구가 활발하게 진행 중이다[18,19]. 일반적으로 함산소불소화는 불소가스와 산소가 스를 혼합하여 표면을 개질하는 방법으로, 그 처리 조건에 따라 친수/ 소수성이 조절 가능하다.
	새집증후군을 발생시키는 대표적인 유해물질은 무엇인가?	새집증후군(sick house syndrome)은 신축 및 리모델링 건물에 사용되는 건축자재나 벽지, 접착제 등에서 발생되는 유해물질로 인하여 인체에 발생되는 이상 증세를 의미한다. 새집증후군을 발생시키는 대표적인 유해물질로는 휘발성 유기화합물(volatile organic compounds, VOCs), 포름알데하이드, 클로로폼 등이 있으며, 이러한 유해물질은 일반적으로 두통, 현기증, 피로감, 아토피, 호흡기 질환, 알레르기 등의 증상을 유발한다고 알려져 있다[1,2]. 특히 VOCs의 경우 톨루엔과 벤젠이 포함되어 그 자체만으로도 독성이 있으며, 이를 호흡할 시 암과 빈혈을 유발할 수 있고 중추신경계 마비 등의 문제점이 있는 것으로 알려져 있다[3,4].

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저자의 다른 논문 :

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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].

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