[논문]암모니아 제거를 위한 활성탄소섬유의 표면처리

신준식; 박수진; 김학용; 이덕래

[국내논문] 암모니아 제거를 위한 활성탄소섬유의 표면처리
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신준식 (한국화학연구원 화학소재연구부) , 박수진 (한국화학연구원 화학소재연구) , 김학용 (전북대학교 섬유공학) , 이덕래 (전북대학교 섬유공학과)

최근 대기오염이 건강에 미치는 영향에 대한 연구가 본격적으로 시작되면서 대기오염의 심각성을 보여주는 각종 사례들이 보고 되고 있으며, 일반인도 더 이상 도시 대기오염의 수준이 안전하지 않다는 인식을 갖게 되었다. 이러한 대기 오염의 원인으로는 여러 가지가 있겠으나, 이 중 암모니아는 무색의 가연성 가스로 보통 재래식 화장실에서 맡을 수 있는 특유의 자극적인 냄새로 고농도의 암모니아를 맡으면 인체에 만성적 질환뿐만 아니라 지속적인 흡입 시에는 호흡정지를 일으킬 수 있다고 보고 되고 있다. (중략)

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문제 정의

따라서 본 연구에서는 기존 활성탄소에 유해가스 흡착을 위한 극성 관능 기를 도입하기 위하여 AgNO₃ 용액으로 양극산화 후 침적처리 하여 암모니아 제거성능에 대하여 고찰하였다.

제안 방법

본 실험에서는 혹 연봉 (양극)과 혹 연판 (음극)을 사용하여, 0.1 M AgNO₃ 전해질 용액으로 0.8 A까지 전류를 가해가며 양극산화 표면처리 한 후 1시간 동안 침적처리 하였으며, 동일 용액으로 침적처리만 행한 시편을 포함하여 각각 VACs, 0.2 A, 0.4 A, 0.8 A, 그리고 0.1 M이라고 명명하였다.
AgNO₃ 표면처리된 활성탄소 표면의 화학적 조성과 기공구조는 XPS와 기상 흡착장치를 이용하여 분석 및 계산하였다. 암모니아 흡착/제거 특성 분석은 암모니아 검지 관 (range: 1-1000 ppm)을 이용하였고 암모니아 가스의 유속은 질량 유속조절기를 사용하여 20 ml/min으로 유지시켰으며, 1000 ppm의 농도로 각 시편의 암모니아 제거성능을 측정하였다.
표면처리된 활성탄소 표면의 화학적 조성과 기공구조는 XPS와 기상 흡착장치를 이용하여 분석 및 계산하였다. 암모니아 흡착/제거 특성 분석은 암모니아 검지 관 (range: 1-1000 ppm)을 이용하였고 암모니아 가스의 유속은 질량 유속조절기를 사용하여 20 ml/min으로 유지시켰으며, 1000 ppm의 농도로 각 시편의 암모니아 제거성능을 측정하였다.

성능/효과

Figure 1은 각 시편의 화학적 조성을 나타낸 XPS 결과이다. 미처리 시편에 비하여 전류를 흘려주지 않고 처리한 시편인 0.1 M에서도 산소 관능 기가 약간 증가하였고 전류의 세기에 따라 산소관능기 역시 증가함을 확인할 수 있었으며, 활성탄소 자체가 함유하고 있는 산소관능기는 C-O (286 eV), C=O (286.8 eV), O=C-O (288.6 eV), 그리고 CO₃₂' (290.2 eV)의 형태로 탄소에 포함되어 있음을 알 수 있었다.
Figure 2는 각 시편의 암모니아 가스 제거성능을 측정한 결과이다. 결과에 나타낸 바와 같이 각 시편의 암모니아 제거성능은 선형적으로 점차 감소하였고, 양극산화 처리 시의 전류가 증가함에 따라 암모니아 제거성능이 증가하는 경향을 보였다. 이는 양극산화를 이용한 표면처리 방법이 산소 함유 관능 기의 형성에 효 과적이며, 양극산화 표면처리 시 전류의 증가에 따라 산소함유관능기 또한 증가하여 결국 암모니아 제거성능을 크게 향상시킴을 확인할 수 있었다.
결과에 나타낸 바와 같이 각 시편의 암모니아 제거성능은 선형적으로 점차 감소하였고, 양극산화 처리 시의 전류가 증가함에 따라 암모니아 제거성능이 증가하는 경향을 보였다. 이는 양극산화를 이용한 표면처리 방법이 산소 함유 관능 기의 형성에 효 과적이며, 양극산화 표면처리 시 전류의 증가에 따라 산소함유관능기 또한 증가하여 결국 암모니아 제거성능을 크게 향상시킴을 확인할 수 있었다.

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