[논문]생활폐기물 탄화물을 이용한 활성탄의 제조 및 <tex> $NO_x$</tex> 저감성능연구

박인희; 강성완; 박영권; 김용학; 곽연호

생활폐기물 탄화물을 이용한 활성탄의 제조 및 $NO_x$ 저감성능연구
Production of Activated Carbon using Carbonized Municipal Waste and $NO_x$ Removal Efficiency 원문보기

박인희 (서울시립대학교 환경공학부) , 강성완 (서울시립대학교 환경공학부) , 박영권 (서울시립대학교 환경공학부) , 김용학 (코오롱건설 기술연구소) , 곽연호 (코오롱건설 기술연구소)

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문제 정의

열분해 과정에서 발생하게 되는 탄화물의 사용 분야 다변화 및 고 부가가치화라는 목적으로 본 연구에서 생활폐기물 열분해 공정에서 발생하는 탄호물로부터 활성탄을 제조하고 이를 활용하는 연구를 수행하였다.
본 연구에서는 경기도 Y시 생활폐기물 처리시설에서 배출되는 열분해 탄화물을 이용해 활성탄을 제조하고 이를 NO_x 저감에 활용하는 연구를 수행하였다.

제안 방법

NO_x 저감실험은 제조한 활성탄과 MnO_x를 담지한 촉매 상에서의 질소산화물 저감효율을 측정하기 위하여 내정 260 mm, 높이 1,500 mm의 SUS 관을 제작하여 실행하였고, 그림 1과 같이 공정을 구성하였다.
%로 조절하였으며, 시료 양과 반응기로 유입되는 혼합가스양(W/F) 5 g min/#(SV#6,000 hr^-1)로 하였다. NO의 유입농도와 반응 후 유출 농도를 측정하기 위하여 NO_x 분석가(42i-HL, Thermo Ins)를 이용하여 분석하였으며, 다음 식에 따라 질소산화물의 저감 효율을 계산하였다.
반응기 내 channeling 현상을 최소화하고 촉매 층을 고정하기 위해서 촉매 층 상하에 석영 솜을 충전하였으며, bypass line을 만들어 반응 전의 유입 NO 농도를 측정하였다. 반응기에 공급되는 가스는 NO, N₂, O₂, NH₃로 구성하였으며 Mass Flow Controller(Sierra Instruments, Inc & Hi-Tec co.
반응기에 공급되는 가스는 NO, N2, O2, NH3로 구성하였으며 Mass Flow Controller(Sierra Instruments, Inc & Hi-Tec co.)를 사용하여 유량을 조절하였다.
산 처리에서는 탄화물 5 g과 2N HCI, HNO₃를 사용하였다. 시료와 각각의 산을 혼합하여 수용액 상태로 만들고 상온에서 2시간 동안 stirring 한 후 혼합물을 증류수를 이용하여 filtration 하였다. filtration 후 남아있을지 모르는 산을 제거하기 위해 100 ml의 증류수에 sample을 넣고 mixing하였다.

대상 데이터

산 처리에서는 탄화물 5 g과 2N HCI, HNO3를 사용하였다.
%, 활성화온도 700℃ 조건(승온속도 5℃/min)으로 1시간 동안 활성화하였다. 화학적 활성화는 활성화제로 알카리제인 KOH와 산성용액인 HCI, HNO₃를 사용하였다. 염기 처리에서 KOH와 탄화물의 비율로 1:1로 하여 hot plate에서 2시간 혼합하여 수분을 증발시킨 뒤 110℃ oven에 넣어 24시간 이상 건조하였다.

이론/모형

탄화물 활성화를 위해 물리적 활성화 방법(수분처리)과 화학적 활성화 방법(산ㆍ염기처리)을 각각 적용하였다. 물리적 활성화는 탄화물을 반응기에 넣고 수분농도 40 vol.

성능/효과

그럼 2는 각각의 활성화 방법에 따라 생선된 활성탄을 반응 온도에 따른 질소산화물 저감 효율을 나타낸 것이다. 반응온도가 증가할수록 질소산화물 저감 효율은 감소했으며, 상용 활성탄과 비교했을 때 염기처리(YCK)한 carbon이 비슷한 효율을 보였고, 수분처리(YCW)한 carbon의 경우는 상용 활성탄만큼의 효과에 미치지는 못하지만 어느 정도의 효율을 보여줬다. 하지만 산처리한(YCH)한 carbon의 경우는 별다른 저감 효과가 나타나지 않았다.

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