[논문]커피찌꺼기의 효율적인 열화학 전환을 위한 전이 금속 기반 첨가제 효율 평가

조동완; 장정윤; 김선준; 임길재

doi:10.7857/jsge.2022.27.1.017

커피찌꺼기의 효율적인 열화학 전환을 위한 전이 금속 기반 첨가제 효율 평가
Efficiency Evaluation of Transition Metal-Based Additives for Efficient Thermochemical Conversion of Coffee Waste 원문보기

지하수토양환경 = Journal of soil and groundwater environment, v.27 no.1, 2022년, pp.17 - 24

조동완 (한국지질자원연구원 광물자원연구본부) , 장정윤 (한국지질자원연구원 광물자원연구본부) , 김선준 (한양대학교 자원환경공학과) , 임길재 (한국지질자원연구원 광물자원연구본부)

Abstract ▼ AI-Helper

This work examined the effect of mixing transition metal-based additives [FeCl3, Fe-containing paper mill sludge (PMS), CoCl2·H2O, ZrO2, and α-Fe2O3] on the thermochemical conversion of coffee waste (CW) in carbon dioxide-assisted pyrolysis process. Compared to the generation amounts of syngas (0.7 mole% H2 & 3.0 mole% CO) at 700℃ from single pyrolysis of CW, co-pyrolysis in the presence of Fe- or Zr-based additives resulted in the enhanced production of syngas, with the measured concentrations of H2 and CO ranging 1.1-3.4 mole% and 4.6-13.2 mole% at the same temperature, respectively. In addition, α-Fe2O3 biochar possessed the adsorption capacity of As(V) (19.3 mg g-1) comparable to that of ZrO2-biochar (21.2 mg g-1). In conclusion, solid-type Fe-based additive can be highly considered as an efficient catalyst to simultaneously produce syngas (H2 & CO) as fuel energy resource and metal-biochar as sorbent.

주제어

표/그림 (7)

그림 Fig. 1. Schematic of thermochemical conversion process of coffee waste (CW) and various additives.
그림 Fig. 2. Concentration profile of H₂ and CO from thermochemical conversion of CW and CW/transition metal-based additives.
그림 Fig. 3. FE-SEM images of solid products (magnification × 1,000).
표 Table 1. Mineralogical phase of solid products obtained from thermochemical process based on the results of XRD analysis
그림 Fig. 4. Mass weights (residual mass & estimated carbon mass, wt.%) of solid products after TGA analysis (final temperature = 900℃, air condition).
그림 Fig. 5. BET surface area (BET SA, m² g^-1) of solid products.
그림 Fig. 6. (a) As(V) adsorption capacities (q_e) of solid products (b) q_e values of solid products per BET SA (adsorbent dose = 1 g/L, initial pH = 5.0, and initial As(V) concentration = 100 mg/L).

AI 본문요약
AI-Helper

제안 방법

제조한 금속 바이오차의 물리화학적 특성 분석을 수행하였다. 금속 바이오차 형태를 알아보기 위해 FE-SEM 분석(JEOL-JSM7401F, 일본)을 수행하였으며, 열화학적 전환을 거친 금속 성분들의 최종 광물 성상을 확인하기 위해 XRD 분석(D8 Advance, Bruker-AXS, 미국)을 실시하였다.

데이터처리

제조한 금속 바이오차의 물리화학적 특성 분석을 수행하였다. 금속 바이오차 형태를 알아보기 위해 FE-SEM 분석(JEOL-JSM7401F, 일본)을 수행하였으며, 열화학적 전환을 거친 금속 성분들의 최종 광물 성상을 확인하기 위해 XRD 분석(D8 Advance, Bruker-AXS, 미국)을 실시하였다. 또한, 금속 바이오차를 구성하는 금속과 탄소 관련 성분들의 비율을 추정하기 위해 TGA 분석을 수행하였고, 마지막으로 금속 바이오차 표면적을 확인하기 위해 BET 분석을 수행하였다.
금속 바이오차 형태를 알아보기 위해 FE-SEM 분석(JEOL-JSM7401F, 일본)을 수행하였으며, 열화학적 전환을 거친 금속 성분들의 최종 광물 성상을 확인하기 위해 XRD 분석(D8 Advance, Bruker-AXS, 미국)을 실시하였다. 또한, 금속 바이오차를 구성하는 금속과 탄소 관련 성분들의 비율을 추정하기 위해 TGA 분석을 수행하였고, 마지막으로 금속 바이오차 표면적을 확인하기 위해 BET 분석을 수행하였다.

참고문헌 (22)

Atabani, A.E., Al-Muhtaseb, A.H., Kumar, G., Saratale, G.D., Aslam, M., Khan, H.A., Said, Z., and Mahmoud, E., 2019, Valorization of spent coffee grounds into biofuels and value-added products: Pathway towards integrated bio-refinery, Fuel, 254, 115640.

상세보기
Atabani, A.E., Ali, I., Naqvi, S.R., Badruddin, I.A., Aslam, M., Mahmoud, E., Almomani, F., Juchelkova, D., Atelge, M.R., and Khan, T.M.Y., 2022, A state-of-the-art review on spent coffee ground (SCG) pyrolysis for future biorefinery, Chemosphere, 286, 131730.

상세보기
Brachi, P., Santes, V., and Torres-Garcia, E., 2021, Pyrolytic degradation of spent coffee ground: A thermokinetic analysis through the dependence of activation energy on conversion and temperature, Fuel, 302, 120995.

상세보기
Cho, D.W., Cho, S.H., Song, H., and Kwon, E.E., 2015, Carbon dioxide assisted sustainability enhancement of pyrolysis of waste biomass: A case study with spent coffee ground, Bioresource Technol., 189, 1-6.

상세보기
Cho, D.W., Kwon, E.E., Kwon, G., Zhang, S.C., Lee, S.R., and Song, H., 2017, Co-pyrolysis of paper mill sludge and spend coffee ground using CO 2 as reaction medium, J. CO 2 Util., 21, 572-579.

상세보기
Cho, D.W., Kim, S., Tsang, D.C.W., Bolan, N.S., Kim, T., Kwon, E.E., Ok, Y.S., and Song, H., 2018, Contribution of pyrolytic gas medium to the fabrication of co-impregnated biochar, J. CO 2 Util., 26, 476-486.

상세보기
Cho, D.W., Yoon, K., Ahn, Y., Su, Y.Q., Tsang, D.C.W., Hou, D.Y., Ok, Y.S., and Song, H., 2019, Fabrication and environmental applications of multifunctional mixed metal-biochar composites (MMBC) from red mud and lignin wastes, J. Hazard. Mater., 374, 412-419.

상세보기
Cho, D.-W., Park, J., Kwon, G., Lee, J., Yim, G.J., Jung, W., and Cheong, Y.-W., 2020, Zirconia-assisted pyrolysis of coffee waste in CO 2 environment for the simultaneous production of fuel gas and composite adsorbent, J. Hazard. Mater., 386, 121989.

상세보기
da Silva, M.R., Bragagnolo, F.S., Carneiro, R.L., Pereira, I.D.C., Ribeiro, J.A.A., Rodrigues, C.M., Jelley, R.E., Fedrizzi, B., and Funari, C.S., 2022, Metabolite characterization of fifteen byproducts of the coffee production chain: From farm to factory, Food Chem., 369, 130753.

상세보기
Duarte, A., Uribe, J.C., Sarache, W., and Calderon A., 2021, Economic, environmental, and social assessment of bioethanol production using multiple coffee crop residues, Energy, 216, 119170.

상세보기
Elmously, M., Jager, N., Apfelbacher, A., Daschner, R., and Hornung, A., 2019, Thermo-Catalytic Reforming of spent coffee grounds, Bioresour Bioprocess, 6, 44.

상세보기
Garcia, C.V. and Kim, Y.T., 2021, Spent coffee grounds and coffee silverskin as potential materials for packaging: A review, J. Polym. Environ., 29, 2372-2384.

상세보기
Kim, J., Lee, J., Kim, K., Ok, Y., Jeon, Y., and Kwon, E.E., 2017, Pyrolysis of wastes generated through saccharification of oak tree by using CO 2 as reaction medium, Appl. Therm. Eng., 110, 335-345.

상세보기
Kim, J.H., Jung, S., Kim, J.O., Jeon, Y.J., and Kwon, E.E., 2021, Valorization of carbon dioxide and waste (Derived from the site of Eutrophication) into syngas using a catalytic thermo-chemical platform, Bioresource Technol., 341, 125858.

상세보기
Kwon, G., Cho, D.W., Wang, H.L., Bhatnagar, A., and Song, H., 2020, Valorization of plastics and paper mill sludge into carbon composite and its catalytic performance for acarbon material consisted of the multi-layerzo dye oxidation, J. Hazard. Mater., 398, 123173.

상세보기
Liu, M.S., Almatrafi, E., Zhang, Y., Xu, P., Song, B., Zhou, C.Y., Zeng, G.M., and Zhu, Y., 2022, A critical review of biochar-based materials for the remediation of heavy metal contaminated environment: Applications and practical evaluations, Sci. Total. Environ., 806, 150531.

상세보기
Meng, X.Z., Zhang, Y.Q., Li, Z.X., Wang, H., and Zhang, S.J., 2019, Selective oxidation of amino alcohols to amino acids over au supported on monoclinic ZrO 2 : Dominant active sites and kinetic study, Ind. Eng. Chem. Res., 58(19), 8506-8516.

상세보기
Qian, K.Z., Kumar, A., Zhang, H.L., Bellmer, D., and Huhnke, R., 2015, Recent advances in utilization of biochar, Renew. Sust. Energ. Rev., 42, 1055-1064.

상세보기
Rahman, M.A., Lamb, D., Rahman, M.M., Bahar, M.M., Sanderson, P., Abbasi, S., Bari, A.S.M.F., and Naidu, R., 2021, Removal of arsenate from contaminated waters by novel zirco-nium and zirconium-iron modified biochar, J. Hazard. Mater., 409, 124488.

상세보기
Wan, S.L., Lin, J.D., Tao, W.X., Yang, Y., Li, Y., and He, F., 2019, Enhanced fluoride removal from water by nanoporous biochar-supported magnesium oxide, Ind. Eng. Chem. Res., 58(23), 9988-9996.

상세보기
Wan, S.L., Qiu, L., Li, Y., Sun, J.J., Gao, B., He, F., and Wan, W.B., 2020, Accelerated antimony and copper removal by manganese oxide embedded in biochar with enlarged pore structure, Chem. Eng. J., 402, 126021.

상세보기
Williamson, K. and Hatzakis, E., 2019, NMR analysis of roasted coffee lipids and development of a spent ground coffee application for the production of bioplastic precursors, Food Res. Int., 119, 683-692.

상세보기

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