[논문]KOH 첨착활성탄소의 <tex> $CO_2$</tex> 흡착 특성

박영태; 김정덕; 손부순; 임계규

KOH 첨착활성탄소의 $CO_2$ 흡착 특성
The adsorption characteristics of carbon dioxide by Impregnated Activated Carbon using potassium Hydroxide 원문보기

박영태 ((주)동양탄소) , 김정덕 (순천향대학교 환경보건학) , 손부순 (순천향대학교 환경보건학) , 임계규 (호서대학교 제3공학부 화학기술개발연구소)

일반적으로 흡착분리공정 기술개발은 대략 3단계의 과정을 거치게 되는데 흡착제의 선정, 흡착탑의 거동해석, 연속공정 구성 및 운전으로 이루어진다. 이중 흡착제의 선정은 대상 혼합물에 어떤 흡착제를 사용하여 효율적인 분리 결과를 얻을 수 있는가를 결정하는 기초단계이면서도 가장 중요한 과정이다. 이를 위해 여러 흡착제에 대한 흡착평형량과 이로부터 얻어지는 선택도, 흡착열, 그리고 흡착질과 흡착제 사이의 물질전달저항과 흡착제의 기공 분포도, 기공부피, 기공율, 비표면적, 충전 밀도(Bulk Density), 파쇄 강도 및 마모저항 등과 같은 물리적 특성을 종합적으로 비교 검토하여 흡착제를 선택하여야 한다. (중략)

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문제 정의

본 연구에서는 DAC 활성탄소에 KOH를 함침시킨 후 열처리하므로서 CO₂의 흡착능을 향상시키는데 중점을 두었다. 흡착제는 KOH와 활성탄소의 무게비가 KOH/KAC=1, 2, 4, 6이 되도록 수용액을 만든후 건조기로 감압건조하여 80CTC에서 100분 동안 열처리하여 제조하였다.
본 연구에서는 연소배가스로부터 CO₂를 선택적으로 분리하기 위하여 활성탄소에 K0H와 같은 금속 염을 함침시키는 방법과 열처리하여 활성화시키는 방법으로 흡착성능이 향상 될 수 있는 흡착제를 제조 하였다. 이렇게 제조된 홉착제에 대한 CO₂의 평형흡착량을 측정하고 흡착등온선과 흡착열 및 고정층 파과실험에 의한 흡착거동을 살펴보았다.

제안 방법

활성탄소에 여러가지 화합물을 함침시키는 과정을 K0H의 예를 들어 설명하면 다음과 같다. 선정된 화합물을 증류수에 녹여 K0H 1.2, 2.0, 3.0, 4.0M의 수용액 또는 K0H와 활성탄소의 무게비가 KOH/DAC=1, 2, 4, 6이 되도록 수용액 250业를 만들고 전 처리된 활성탄소 50g을 정량하여 수용액과 혼합한후 회전식 진공증발기에 넣고 3시간 동안 60P에서 진공상태로 가열한다.
gas를 흐르게 하여 1시간 이상 경과한 후에 U자관을 떼내어 마른천 으로 잘 닦아서 그 무게를 정확히 단다. 이 조작을 U자관의 무게 증가량이 5mg이내 일 때까지 반복하고 최종 무게로부터 처음의 무게를 뺀 값으로 시료의 무게 증가량을 구하였다.
를 선택적으로 분리하기 위하여 활성탄소에 K0H와 같은 금속 염을 함침시키는 방법과 열처리하여 활성화시키는 방법으로 흡착성능이 향상 될 수 있는 흡착제를 제조 하였다. 이렇게 제조된 홉착제에 대한 CO₂의 평형흡착량을 측정하고 흡착등온선과 흡착열 및 고정층 파과실험에 의한 흡착거동을 살펴보았다.
활성탄소에 알칼리 금속염을 함침시키는 방법과 알칼리금속염을 함침시킨 후 열처리하는 방법으로 제조된 흡착제에 대한 CO₂ 의 흡착평형실험을 통하여 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
의 흡착능을 향상시키는데 중점을 두었다. 흡착제는 KOH와 활성탄소의 무게비가 KOH/KAC=1, 2, 4, 6이 되도록 수용액을 만든후 건조기로 감압건조하여 80CTC에서 100분 동안 열처리하여 제조하였다.
흡착제를 제조하기 전 단계로 입자 크기를 고정시키기 위해 표준체로 체가름하여 16X20 Mesh(0.84 1~ 1.19mm)크기의 활성탄소를 분류, 선별한 다음 증류수로 여러번 세척한 뒤 건조기에서(drying oven 115±5'C) 24시간 동안 건조하여 데시게이터에 보관하였다. 이와 같이 전처리된 활성탄소는 화합물의 함 침과 열처리를 통해 새로운 흡착제로 제조되는데 여기에 함침되는 화합물은 금속염화물과 알칼리금속염 이었으며, 열처리시에는 K0H를 사용하였다.

대상 데이터

본 실험에 사용된 CO₂ gas 흡착시험장치는 Fig. 2에 나타내었고 이 장치에서의 구체적인 실험조건은 Table 2와 같다. 유리로 만들어진 U자관에 건조된 흡착제를 넣고 정확히 무게를 단 다음 25 + 02C로 조절한 시 험장치 에 22/min의 공기를 흐르게 한다.

성능/효과

1) 제조된 흡착제에 대한 물성분석결과 알칼리금속염을 함침시킨 활성탄소의 경우 함침량이 많아 질수록 비표면적 및 세공부피가 감소하였으나 알칼리금속염을 함침시킨 후 열처리한 활성탄소의 경우에는 비표면적 및 세공부피가 증가하였다.
2) K0H 금속염화물을 함침시킨 활성탄소에 대한 Ct》흡착량을 비교한 결과 순수한 활성탄소의 흡착량보다 증가하였다.
3) 알칼리금속 중 K를 포함한 화합물을 함침시킨 후 열처리 한 활성탄소에 대한 CO₂의 흡착평 형 실험 결과 K0H의 함침량이 많을수록 흡착량이 많아졌는데 KOH/DAC₂=4의 비율일 때의 흡착량이 가장 많았으며 재현성도 뛰어났다.

후속연구

이 중 흡착제의 선정은 대상 혼합물에 어떤 흡착제를 사용하여 효율적인 분리 결과를 얻을 수 있는가를 결정하는 기초단계이면서도 가장 중요한 과정이다. 이를 위해 여러 흡착제에 대한 흡착평형량과 이로부터 얻어지는 선택도, 흡착열, 그리고 흡착질과 흡 착제 사이의 물질전달저항과 흡착제의 기공 분포도, 기공부피, 기공율, 비표면적, 충전 밀도(Bulk Density), 파쇄 강도 및 마모저항 등과 같은 물리적 특성을 종합적으로 비교 검토하여 흡착제를 선택하 여야 한다.

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