KR100291886B1 - Manufacturing method of activated carbon fiber with carbonization process - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고분자 복합재료의 강화재료로 주로 사용되는 탄소섬유를 고온에서의 탄화 공정을 거친 후 활성화 기체를 유입시키면서 다양한 온도와 시간으로 활성화시켜 기상 및 액상 오염원에 대해 향상된 흡착 성능을 갖는 활성 탄소섬유를 제조하는 방법과 그에 의해 제조된 활성 탄소섬유에 관한 것이다.The present invention is activated carbon fiber having improved adsorption performance for gaseous and liquid contaminants by activating the carbon fiber mainly used as a reinforcing material of the polymer composite material after a carbonization process at a high temperature and the activation gas at various temperatures and times while introducing the activation gas It relates to a method for producing and an activated carbon fiber produced thereby.

Description

탄화 공정이 도입된 활성 탄소섬유의 제조방법Method for producing activated carbon fiber incorporating carbonization process

본 발명은 고온에서의 탄화 공정후 활성화 온도와 시간을 변화시켜 기상 및 액상 오염원에 대한 적합한 흡착 성능을 갖는 흡착소재로서의 활성 탄소섬유의 제조방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 200 내지 300℃의 상대적으로 낮은 온도에서 약 2 내지 3시간 동안 산화처리된 PAN 섬유 (Oxy PAN Fibers) 및/또는 이를 700 내지 1,500 ℃의 질소분위기에서 약 2 내지 10분간 탄화시킨 고강도 탄소섬유를 다시 900 내지 1,300℃의 고온에서 질소 기체를 유입시킨 불활성 분위기에서 약 30 내지 150분 동안 탄화시킨 후 활성화 기체인 수증기, O2, CO 또는 CO2등의기체를 유입시키면서 활성화 온도와 시간을 변화시켜, 흡착제로서 잘 발달된 표면구조와 표면성질을 갖는 활성 탄소섬유를 제조함으로써, 기상 및 액상 불순물 처리시 흡착 성능을 향상시킨 활성 탄소섬유의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing activated carbon fibers as an adsorption material having a suitable adsorption performance for gaseous and liquid contaminants by varying the activation temperature and time after the carbonization process at high temperature. More specifically, PAN fibers oxidized for about 2 to 3 hours at a relatively low temperature of 200 to 300 ° C and / or carbonized for about 2 to 10 minutes in a nitrogen atmosphere of 700 to 1,500 ° C was introduced nitrogen gas at a high temperature after carbonization for 30 to 150 minutes in an inert atmosphere, activating gas is water vapor, O 2, while introducing a gas such as CO or CO 2 activation temperature of a high strength carbon fiber is 900 to 1,300 ℃ again and The present invention relates to a method for producing activated carbon fibers having improved adsorbing performance in gas phase and liquid phase impurity treatment by producing activated carbon fibers having a well-developed surface structure and surface properties as adsorbents.

최근, 환경오염에 대한 관심이 집중되고, 액상 및 기상의 오염물질 제거가 요구되어지고 있으며, 이러한 요구에 맞는 보다 향상된 흡착제의 개발이 절실히 필요하게 되었다.In recent years, attention has been focused on environmental pollution, and there is a need to remove pollutants in liquid and gaseous phases, and there is an urgent need for development of improved adsorbents that meet these needs.

이러한 활성 탄소섬유는 높은 비표면적과 우수한 흡착능, 높은 표면 반응성 및 미세 기공을 가지고 있어 생활 및 산업시설에서의 오ㆍ폐수 처리장치, 반도체 및 정밀 계측 기기의 제조시설에서의 유해가스 제거장치, 군용 및 일반 산업용 방독면, 사무 및 주거시설에서의 공기 청정장치 등에 널리 사용되고 있다.These activated carbon fibers have a high specific surface area, excellent adsorption capacity, high surface reactivity and fine pores, so that the waste gas treatment device in the living and industrial facilities, the harmful gas removal device in the manufacturing facilities of semiconductor and precision measuring instruments, military and It is widely used in general industrial gas masks, air cleaners in offices and residential facilities.

여러 분야에서 정제, 포집, 회수 및 분별을 목적으로 사용되고 있는 활성 탄소섬유는 실리카 겔, 알루미나 겔 또는 합성 제올라이트 등과 같은 불포화 결합형태인 무기질 흡착제에 비하여 포화 결합형태인 유기질 흡착제로 흡착능력을 쉽게 평가할 수 있는 기준이 되는 미세 기공 (micropore)이 더욱 잘 발달되어 있으며, 입상이나 분말상으로 그 형태가 제한된 활성 탄소에 비해 좀더 넓은 흡착 표면적과 미세 기공의 크기가 비교적 균일하여 분자체 효과가 뛰어나며 또한 안정성과 재생성이 좋고 섬유 형태이므로 가공이 용이하여 점차적으로 그 수요가 증가하고 있는 추세이다.Activated carbon fiber, which is used in various fields for purification, collection, recovery, and fractionation, is an organic adsorbent in the form of a saturated bond compared to an inorganic adsorbent in the form of a saturated bond such as silica gel, alumina gel, or synthetic zeolite. The micropore, which is a standard, is more developed, and the adsorption surface area and the size of the micropore are relatively uniform compared to the activated carbon, which is limited in the form of granules or powders. Because of the good fiber shape, the processing is easy and the demand is gradually increasing.

흡착 소재로서 활성 탄소섬유를 제조하는 종래의 방법은 섬유상의 전구물질을 산화성 분위기하, 약 200 내지 300℃의 온도에서 산화(안정화) 처리시킨 다음 고온 처리과정으로 섬유의 본래 형태를 유지하고 섬유의 강도를 증가시킨 후 바로 700 내지 1,000℃의 고온에서 직접 열적으로 활성화 처리시키는 방법이 일반적이었다. 그러나, 이러한 방법으로는 산화처리가 비교적 낮은 온도에서 실시됨으로 인하여 탄소섬유내에 남아있는 비 탄소성분, 예컨대 대체로 비휘발성 물질로서 수소, 산소, 질소 또는 황 등으로 인하여 탄소함량이 낮고 또 이들이 고온에서의 활성화 단계에서 대부분 급격히 방출되어 이에 따른 질량 손실(Burn-off)이 많게 되며, 또한 이러한 이종 성분들의 방출로 인하여 형성되는 기공의 크기와 분포도 일정하지 않게 되어 흡착 성능이 현저히 감소되는 문제가 있었다. 또한 탄소섬유 표면구조의 불안정으로 인하여 활성화 온도에 따라 형성되는 표면 관능기(surface functional group)가 지속적으로 그 기능을 발휘할 수 없어 흡착 성능이 만족스럽지 못한 문제점이 있었다.The conventional method for producing activated carbon fibers as an adsorbent material is to oxidize (stabilize) the fibrous precursor at a temperature of about 200 to 300 ° C. under an oxidizing atmosphere, and then maintain the original form of the fiber by high temperature treatment. The method of thermally activating directly at a high temperature of 700 to 1,000 ° C. immediately after increasing the strength was common. However, in this method, since the oxidation treatment is carried out at a relatively low temperature, the carbon content is low due to the non-carbon components remaining in the carbon fiber, such as hydrogen, oxygen, nitrogen, or sulfur, which are generally nonvolatile materials, In the activation stage, most of them are rapidly released, resulting in a lot of mass loss (Burn-off). Also, the size and distribution of the pores formed by the release of these heterogeneous components are not constant, so that the adsorption performance is significantly reduced. In addition, due to the instability of the surface structure of the carbon fiber surface surface functional group (surface functional group) formed according to the activation temperature can not continuously exhibit its function there was a problem that the adsorption performance is not satisfactory.

본 발명에서는 활성 탄소섬유의 제조에 있어서 산화처리된 PAN계 섬유 및/또는 그것의 고강도 탄소섬유를 고온에서 탄화시킨 후 활성화 시간과 온도의 조절을 통하여 탄소섬유의 표면에 형성되는 미세 기공 구조와 표면 관능기가 잘 발달된 활성 탄소섬유를 제조하여 여러 가지 흡착질에 대한 흡착 성능을 향상시킴과 동시에 활성 탄소섬유 표면에 형성된 표면 관능기에 의한 흡착특성을 지속적으로 발휘할 수 있는 활성 탄소섬유의 제조방법을 제공하고자 하는 것이다.In the present invention, the fine pore structure and the surface formed on the surface of the carbon fiber by controlling the activation time and temperature after carbonizing the oxidized PAN-based fiber and / or its high-strength carbon fiber at high temperature in the production of activated carbon fiber To improve the adsorption performance of various adsorbates by preparing activated carbon fibers with well-developed functional groups, and to provide a method for producing activated carbon fibers which can continuously exhibit adsorption characteristics by surface functional groups formed on the surface of activated carbon fibers. It is.

도 1은 본 발명에 따른 활성 탄소섬유의 제조방법과 종래의 활성 탄소섬유의 제조방법을 함께 도시한 공정도이고,1 is a process chart showing a method for producing activated carbon fibers and a method for manufacturing activated carbon fibers according to the present invention.

도 2는 Oxy PAN 섬유를 원료로 한 NC-ACFs와 C-ACFs의 활성화 온도에 따른 BET 비표면적의 변화를 비교 도시한 도면이고;2 is a view showing a comparison of changes in BET specific surface area according to activation temperatures of NC-ACFs and C-ACFs based on Oxy PAN fibers;

도 3은 고강도 탄소섬유를 원료로 한 NC-ACFs와 C-ACFs의 활성화 온도에 따른 BET 비표면적의 변화를 비교 도시한 도면이고;3 is a view showing a comparison of the change in BET specific surface area according to the activation temperature of NC-ACFs and C-ACFs using high-strength carbon fiber as a raw material;

도 4는 Oxy PAN 섬유를 원료로 한 NC-ACFs와 C-ACFs의 활성화 온도에 따른 미세 기공 부피의 변화를 비교 도시한 도면이고;4 is a view showing a comparison of changes in micropore volume with activation temperatures of NC-ACFs and C-ACFs based on Oxy PAN fibers;

도 5는 고강도 탄소섬유를 원료로 한 NC-ACFs와 C-ACFs의 활성화 온도에 따른 미세 기공 부피의 변화를 비교 도시한 도면이고;FIG. 5 is a view showing a comparison of changes in micropore volume according to activation temperatures of NC-ACFs and C-ACFs based on high-strength carbon fibers; FIG.

도 6은 본 발명의 실시예 1에 따른 NC-ACFs와 C-ACFs의 상대압력(P/P0)의 증가에 따른 질소 기체 흡착량을 비교 도시한 도면이고;6 is a view showing a comparison of the nitrogen gas adsorption amount according to the increase in the relative pressure (P / P 0 ) of NC-ACFs and C-ACFs according to Example 1 of the present invention;

도 7은 본 발명의 실시예 2에 따른 NC-ACFs와 C-ACFs의 상대압력의 증가에 따른 질소 기체 흡착량을 비교 도시한 도면이고;7 is a view showing a comparison of the nitrogen gas adsorption amount according to the increase in the relative pressure of the NC-ACFs and C-ACFs according to Example 2 of the present invention;

도 8은 본 발명의 실시예 3에 따른 NC-ACFs와 C-ACFs의 상대압력의 증가에 따른 질소 기체 흡착량을 비교 도시한 도면이고;8 is a view showing a comparison of nitrogen gas adsorption amount according to an increase in relative pressure of NC-ACFs and C-ACFs according to Example 3 of the present invention;

도 9는 본 발명의 실시예 4에 따른 NC-ACFs와 C-ACFs의 상대압력의 증가에 따른 질소 기체 흡착량을 비교 도시한 도면이고;9 is a view showing a comparison of the nitrogen gas adsorption amount according to the increase in the relative pressure of the NC-ACFs and C-ACFs according to Example 4 of the present invention;

도 10은 본 발명의 실시예 5에 따른 NC-ACFs와 C-ACFs의 상대압력의 증가에 따른 질소 기체 흡착량을 비교 도시한 도면이고;10 is a view showing a comparison of the nitrogen gas adsorption amount according to the increase in the relative pressure of the NC-ACFs and C-ACFs according to Example 5 of the present invention;

도 11은 본 발명의 실시예 6에 따른 NC-ACFs와 C-ACFs의 상대압력의 증가에 따른 질소 기체 흡착량을 비교 도시한 도면이고;11 is a view showing a comparison of nitrogen gas adsorption amount according to the increase in relative pressure of NC-ACFs and C-ACFs according to Example 6 of the present invention;

도 12는 본 발명의 실시예 7에 따른 NC-ACFs와 C-ACFs의 상대압력의 증가에 따른 질소 기체 흡착량을 비교 도시한 도면이고;12 is a view showing a comparison of nitrogen gas adsorption amount according to an increase in relative pressure of NC-ACFs and C-ACFs according to Example 7 of the present invention;

도 13은 본 발명의 실시예 8에 따른 NC-ACFs와 C-ACFs의 상대압력의 증가에 따른 질소 기체 흡착량을 비교 도시한 도면이다.13 is a view showing a comparison of the nitrogen gas adsorption amount according to the increase in the relative pressure of the NC-ACFs and C-ACFs according to the eighth embodiment of the present invention.

*** 도면의 주요 부분의 부호에 대한 설명*** Description of symbols of the main parts of the drawings

NC-ACFs: 탄화 공정을 거치지 않고 제조한 활성 탄소섬유NC-ACFs: Activated carbon fiber manufactured without carbonization

(Non Carbonized-Activated Carbon Fibers)Non Carbonized-Activated Carbon Fibers

C-ACFs: 탄화 공정을 거쳐 제조한 활성 탄소섬유C-ACFs: Activated Carbon Fibers Fabricated by Carbonization

(Carbonized-Activated Carbon Fibers)Carbonized-Activated Carbon Fibers

본 발명의 활성 탄소섬유 제조방법은 탄소섬유를 산화시킨 후 활성화 단계 전에 탄화 공정을 도입하여 활성 탄소섬유의 흡착 성능을 향상시키는 것을 특징으로 한다.The activated carbon fiber manufacturing method of the present invention is characterized by improving the adsorption performance of activated carbon fibers by introducing a carbonization process after the oxidation of the carbon fibers before the activation step.

상기 탄소섬유로는 PAN계(PolyAcryloNitrile-based: 폴리아크릴로니트릴계), 레이온계, 피치계 등 일반적인 탄소섬유가 모두 사용될 수 있으며, 그 중 PAN계 탄소섬유가 바람직하다.As the carbon fiber, all general carbon fibers such as PAN (PolyAcryloNitrile-based: polyacrylonitrile), rayon, pitch, etc. may be used, and PAN-based carbon fiber is preferable.

특히, 본 발명에 사용되는 산화 처리과정을 거친 탄소섬유로는 200 내지 300℃에서 2 내지 3시간 동안 산화처리한 PAN 섬유(Oxy PAN Fibers)와 이러한 산화처리된 PAN 섬유를 700 내지 1500℃의 질소 분위기에서 2 내지 10분간 탄화시킨 고강도 탄소섬유가 더욱 바람직하다.In particular, the carbon fibers subjected to the oxidation treatment used in the present invention include PAN fibers (Oxy PAN Fibers) which have been oxidized at 200 to 300 ° C. for 2 to 3 hours and nitrogen at 700 to 1500 ° C. for the oxidation-treated PAN fibers. More preferred is a high strength carbon fiber carbonized for 2 to 10 minutes in the atmosphere.

상기 Oxy PAN 섬유와 그것의 고강도 탄소섬유는 각각 사용될 수도 있으며, 경우에 따라서는 함께 사용될 수도 있다.Oxy PAN fibers and high-strength carbon fibers thereof may be used, respectively, and may be used together in some cases.

본 발명의 활성 탄소섬유의 제조방법에 따르면, 일반적인 탄소섬유의 제조에 사용되는 900, 1,000, 1,100, 1,200 및 1,300℃의 온도, 질소분위기하에서 약 30 내지 150분 동안 탄화시킨 후 다양한 온도와 시간에서의 활성화 공정을 통해 흡착제로서 적합한 활성 탄소섬유를 제조하게 된다.According to the method for producing activated carbon fibers of the present invention, carbonization is performed at temperatures of 900, 1,000, 1,100, 1,200, and 1,300 ° C. for about 30 to 150 minutes in a nitrogen atmosphere, which is generally used for the production of carbon fibers. The activated carbon fiber is prepared as an adsorbent through the activation process.

본 발명의 탄화 공정에 있어서, 탄화 온도는 일반적으로 900 내지 1,300℃이다. 탄화 온도가 900℃ 미만인 경우는 탄화 후 탄소성분의 함량이 낮고 이종 원소의 성분함량이 높아 상대적으로 저온에서의 활성화 과정에서 활성 탄소섬유의 흡착 성능의 기준이 되는 기공 구조와 흡착 비표면적이 잘 발달되지 못하여 흡착제로서 충분한 흡착 성능을 갖지 못하게 된다. 탄화온도가 1,300℃를 초과한 경우는 탄화 후 충전 밀도가 높아 상대적으로 저온에서의 활성화 과정에서 활성 탄소섬유의 흡착 성능의 기준이 되는 기공구조가 잘 발달되지 못하며, 이에 따라 흡착 비표면적도 잘 발달되지 못하여 흡착제로서 충분한 흡착 성능을 갖지 못하므로 바람직하지 못하다.In the carbonization process of the present invention, the carbonization temperature is generally 900 to 1,300 ° C. When the carbonization temperature is lower than 900 ° C, the carbon content is low after carbonization and the content of heterogeneous elements is high, so that the pore structure and the adsorption specific surface area, which are the criteria for the adsorption performance of activated carbon fibers, are well developed during the activation process at low temperature. It does not have sufficient adsorption performance as the adsorbent. When the carbonization temperature exceeds 1,300 ° C, the packing density is high after carbonization, and thus the pore structure, which is a criterion for the adsorption performance of activated carbon fibers, is poorly developed during activation at low temperatures, and thus the adsorption specific surface area is well developed. It is not preferable because it does not have sufficient adsorption performance as an adsorbent.

또한 탄화 공정의 탄화 시간은 30 내지 150분이다. 탄화 시간이 30분 미만인 경우는 탄화 후 탄소성분의 함량이 낮고 이종원소의 성분함량이 높아 상대적으로 저온에서의 활성화 과정에서 활성 탄소섬유의 흡착 성능의 기준이 되는 기공구조와 흡착 비표면적이 잘 발달되지 못하여 흡착제로서 충분한 흡착 성능을 갖지 못하게 된다. 탄화 시간이 150분을 초과한 경우는 탄화 후 충전 밀도가 높아 상대적으로 저온의 활성화 과정에서 활성 탄소섬유의 흡착 성능의 기준이 되는 기공구조가 잘 발달되지 못하며, 이에 따라 흡착 비표면적도 잘 발달되지 못하여 흡착제로서 충분한 흡착 성능을 갖지 못하므로 바람직하지 못하다.In addition, the carbonization time of a carbonization process is 30 to 150 minutes. If the carbonization time is less than 30 minutes, the carbon content is low after carbonization and the content of heterologous elements is high, so that the pore structure and adsorption specific surface area, which are the criteria for adsorption performance of activated carbon fibers, are relatively poor during activation at low temperature. It does not have sufficient adsorption performance as an adsorbent. If the carbonization time exceeds 150 minutes, the packing density is high after carbonization, and thus the pore structure, which is a criterion for the adsorption performance of activated carbon fibers, is poorly developed during the activation of low temperature, and thus the adsorption specific surface area is not well developed. It is not preferable because it does not have sufficient adsorption performance as an adsorbent.

본 발명에 따르면, 산화 처리된 PAN 섬유 및/또는 그것의 고강도 탄소섬유를 활성화 처리하기 전에 탄화 공정을 도입함으로써 비 탄소성분들을 효과적으로 제거하여 섬유내 탄소함량을 높임과 동시에 비 탄소성분들의 방출로 인한 탄소섬유 표면에 점 형태(spotlike)의 기공 구조가 발달하기 시작한다.According to the present invention, a carbonization process is introduced prior to the activation treatment of the oxidized PAN fiber and / or its high strength carbon fiber to effectively remove the non-carbon components to increase the carbon content in the fiber and at the same time due to the release of the non-carbon components. Spotlike pore structures on the surface of carbon fibers begin to develop.

활성화 공정에서는, 활성화 기체로 수증기, O2, CO 또는 CO2등의 기체를 일정한 속도로 유입하였으며, 700, 800, 900 및 1,000℃의 온도에서 각각 30, 60, 90 및 120분 동안 활성화 처리시켰다.In the activation process, gas, such as water vapor, O 2 , CO, or CO 2 , was introduced at a constant rate as the activation gas, and activated at 30, 60, 90, and 120 minutes at temperatures of 700, 800, 900, and 1,000 ° C., respectively. .

활성화 공정에 있어서 활성화 온도는 700 내지 1,000℃이다. 온도가 700℃ 미만인 경우는 활성화 과정에 있어서 탄소섬유 표면에 형성되는 기공구조와 비표면적이 잘 발달되지 못하며, 따라서 흡착제로서 충분한 흡착 성능을 갖지 못하기 때문에 바람직하지 못하다. 1,000℃를 초과하면 활성 탄소섬유 표면에 형성되는 기공구조가 고온 활성화로 인해 파괴되거나 활성 탄소섬유의 표면구조를 변화시켜 상대적으로 흡착 성능이 저하되기 때문에 바람직하지 못하다.In the activation process, the activation temperature is 700 to 1,000 ° C. When the temperature is less than 700 ° C., the pore structure and the specific surface area formed on the surface of the carbon fiber during the activation process are not well developed, and thus are not preferable because they do not have sufficient adsorption performance as the adsorbent. If the temperature exceeds 1,000 ° C., the pore structure formed on the surface of the activated carbon fiber is undesirably destroyed due to high temperature activation, or the surface structure of the activated carbon fiber is changed, thereby degrading the adsorption performance.

본 발명에 따른 활성화 시간은 30 내지 120분이 바람직하다. 활성화 시간이 30분 미만에서는 활성화 과정에 있어서 탄소섬유 표면에 형성되는 기공구조와 비표면적이 잘 발달되지 못하며, 따라서 흡착제로서 충분한 흡착 성능을 갖지 못하기 때문에 바람직하지 못하다. 120분을 초과하는 경우에는 활성 탄소섬유 표면에 형성되는 기공구조가 고온 활성화로 인해 파괴되거나 활성 탄소섬유의 표면구조를 변화시켜 상대적으로 흡착 성능이 저하되기 때문에 바람직하지 못하다.The activation time according to the invention is preferably 30 to 120 minutes. If the activation time is less than 30 minutes, the pore structure and the specific surface area formed on the surface of the carbon fiber during the activation process are not well developed, and thus are not preferable because they do not have sufficient adsorption performance as the adsorbent. If it exceeds 120 minutes, the pore structure formed on the surface of the activated carbon fiber is not preferable because it is destroyed by high temperature activation or the surface structure of the activated carbon fiber is changed to lower the adsorption performance.

일반적으로, 활성 탄소섬유에 의한 흡착공정은 다음과 같이 3단계로 구분할 수 있다:In general, the adsorption process by activated carbon fibers can be divided into three stages:

1) 활성 탄소섬유의 흡착질 분자들이 흡착제 외부표면으로 이동하고,1) Adsorbate molecules of activated carbon fibers migrate to the outer surface of the adsorbent,

2) 흡착질이 흡착제의 대기공(macropore), 중기공(mesopore)을 통해 확산되며,2) The adsorbate diffuses through the macropore and mesopore of the adsorbent,

3) 마지막으로, 확산된 흡착질이 미세 기공(micropore)의 내부 표면과의 결합 또는 미세 기공에 채워짐으로서 흡착질이 흡착된다.3) Finally, the adsorbate is adsorbed as the diffused adsorbate fills the micropores or bonds with the inner surface of the micropore.

따라서, 본 발명에서와 같이, 탄소섬유는 활성화 단계 전에 탄화 공정을 거치므로써, 활성화 단계를 거치는 동안 바로 전 단계인 탄화 공정에서 생성된 점 형태의 기공 흔적들이 점점 더 발달하게 되며, 대체로 20Å 이하의 미세 기공들로 이루어진 균일한 기공 구조와 분포를 나타내게 된다.Therefore, as in the present invention, the carbon fiber undergoes a carbonization process before the activation step, and thus, the pore traces in the form of dots generated in the carbonization process immediately before the activation step are gradually developed, and generally 20 kPa or less. It exhibits a uniform pore structure and distribution composed of fine pores.

위와같은 과정을 통하여 얻어지는 활성 탄소섬유의 흡착 성능은 활성 탄소섬유의 여러 가지 표면 특성 즉, 미세 기공, 표면의 극성 및 표면의 산소화합물 등에 의존하는 것으로 알려져 있다. 따라서, 본 발명은 흡착 성능을 향상시키고 지속적으로 그 기능을 발휘할 수 있는 활성 탄소섬유를 제조함을 그 목적으로 한다.The adsorption performance of activated carbon fibers obtained through the above process is known to depend on various surface properties of the activated carbon fibers, that is, micropores, surface polarity and oxygen compounds on the surface. Therefore, an object of the present invention is to produce an activated carbon fiber that can improve the adsorption performance and continuously exert its function.

본 발명에서의 활성 탄소섬유를 제조하기 위한 과정을 종래의 제조 과정과 비교하여 도 1에 나타내었다. 더욱 구체적으로는, 도 1에 도시한 바와 같이, 산화처리된 PAN 섬유 및/또는 그것의 고강도 탄소섬유의 탄소함량을 높이고 표면의 기공구조를 안정화시키기 위하여, 900 내지 1,300℃의 질소 분위기에서 약 30 내지 150분 동안 전기로에서 탄화시킨 후 건조하였다. 탄화된 탄소섬유는 일정한 유입속도로 상기의 활성화 기체들을 유입하면서 각각의 활성화 시간과 온도에 따라 활성화 시킨 후 증류수로 2 또는 3 차례 세척하였으며, 이를 건조기에서 완전히 건조시킨 후 그 흡착 성능을 실험하였다.The process for producing the activated carbon fiber in the present invention is shown in FIG. 1 compared with the conventional manufacturing process. More specifically, as shown in FIG. 1, in order to increase the carbon content of the oxidized PAN fiber and / or its high-strength carbon fiber and stabilize the pore structure of the surface, about 30 in a nitrogen atmosphere of 900 to 1,300 ° C. It was carbonized in an electric furnace for 150 minutes and then dried. Carbonized carbon fiber was activated by the activation time and temperature while introducing the above activating gases at a constant inflow rate, and then washed two or three times with distilled water, and then dried in a drier and tested for their adsorption performance.

본 발명은 또한 상기 제조 방법에 의해 제조된 활성 탄소섬유에 관한 것이다.The present invention also relates to activated carbon fibers produced by the above production method.

본 발명의 방법에 의해 제조된 활성 탄소섬유는 탄화공정을 거치지 않은 종래의 활성 탄소섬유에 비하여 138 내지 200% 증가된 BET 비표면적을 갖는다. 또한, 탄화공정을 거치지 않은 활성 탄소섬유에 비하여 153 내지 300% 증가된 미세 기공 부피를 갖는다.The activated carbon fibers produced by the process of the present invention have a BET specific surface area that is increased by 138 to 200% compared to conventional activated carbon fibers that have not undergone the carbonization process. It also has a 153 to 300% increased micropore volume compared to activated carbon fibers that have not undergone the carbonization process.

본 발명의 내용은 하기 실시예에서 더욱 상세히 설명되지만, 본 발명의 범위가 그 실시예에 한정되는 것은 아니다.The contents of the present invention are described in more detail in the following Examples, but the scope of the present invention is not limited to the Examples.

실시예 1Example 1

국내 태광산업(주)의 산화된 폴리아크릴로니트릴계 섬유(Oxy PAN-based fibers)를 사용하였다. 먼저 Oxy-PAN 섬유의 탄소함량을 높이고 표면의 기공구조를 안정화시키기 위해서 900℃의 질소 분위기에서 약 30분 동안 전기로에서 탄화시킨 후 건조하였다. 이렇게 탄화 과정을 거친 탄소섬유와 거치지 않은 탄소섬유를 활성화 기체를 O2로 하여 일정한 유입속도에서 활성화 온도를 700℃로 30분 동안 각각 활성화하였다. 이렇게 하여 얻어진 각각의 활성 탄소섬유에 대한 흡착 비표면적과 그 기공 구조에 대한 결과를 표 1에, 그리고 표면성질을 표 2에 각각 나타내었다.Oxidized polyacrylonitrile-based fibers (Oxy PAN-based fibers) of Korea Taekwang Industry Co., Ltd. were used. First, in order to increase the carbon content of Oxy-PAN fiber and stabilize the pore structure of the surface, it was carbonized in an electric furnace for about 30 minutes in a nitrogen atmosphere of 900 ℃ and dried. The carbonized carbon fiber and the non-carbon carbon fiber were activated with O 2 as an activation gas, and the activation temperature was activated at 700 ° C. for 30 minutes at a constant inflow rate. The adsorption specific surface area and pore structure of each activated carbon fiber thus obtained are shown in Table 1 and surface properties in Table 2, respectively.

그 결과, 탄화 공정을 거치지 않은 활성 탄소섬유와 탄화 공정을 거친 활성 탄소섬유 모두 pH 등 표면 성질의 변화는 크게 나타나지 않았으나, BET 비표면적, 총 기공 부피 및 미세 기공 부피 등은 탄화 공정을 거친 활성 탄소섬유가 탄화공정을 거치지 않은 활성 탄소섬유에 비해 각각 163%, 160% 및 157% 증가하였으며, 평균 기공 직경은 약 600% 감소하였다.As a result, there was no significant change in surface properties such as pH in both activated carbon fibers and carbonized carbons, but BET specific surface area, total pore volume, and micropore volume were carbons. The fibers increased by 163%, 160% and 157%, respectively, compared to the activated carbon fiber without carbonization, and the average pore diameter decreased by about 600%.

실시예 2Example 2

실시예 1에서의 Oxy-PAN 섬유를 900℃의 질소 분위기에서 2분간 탄화시켜 고강도 탄소섬유를 얻고, 상기 고강도 탄소섬유를 900℃의 질소분위기에서 약 30분 동안 탄화시킨 후, 이렇게 탄화 과정을 거친 탄소섬유와 거치지 않은 탄소섬유를 활성화 기체를 O2로, 활성화 온도를 700℃로 하여 30분 동안 각각 활성화하였다. 이렇게 하여 얻어진 각각의 활성 탄소섬유에 대한 흡착 비표면적과 그 기공 구조에 대한 결과를 표 1에, 그리고 표면성질을 표 2에 각각 나타내었다.Carbonized Oxy-PAN fiber in Example 1 in a nitrogen atmosphere of 900 ℃ for 2 minutes to obtain a high-strength carbon fiber, carbonized the high-strength carbon fiber in a nitrogen atmosphere of 900 ℃ for about 30 minutes, then subjected to the carbonization process The carbon fiber and the untreated carbon fiber were activated for 30 minutes at activating gas of O 2 and activating temperature of 700 ° C. The adsorption specific surface area and pore structure of each activated carbon fiber thus obtained are shown in Table 1 and surface properties in Table 2, respectively.

그 결과, 탄화 공정을 거치지 않은 활성 탄소섬유와 탄화 공정을 거친 활성 탄소섬유 모두 pH 등 표면성질의 변화는 크게 나타나지 않았으나, BET 비표면적, 총 기공 부피 및 미세 기공 부피 등은 탄화 공정을 거친 활성 탄소섬유가 탄화공정을 거치지 않은 활성 탄소섬유에 비해 각각 193%, 194% 및 300% 증가하였으며, 평균 기공 직경은 약 659% 감소하였다.As a result, there was no significant change in surface properties, such as pH, for both activated carbon fibers and carbonized carbons. However, BET specific surface area, total pore volume, and fine pore volume were carbonized. The fibers increased by 193%, 194% and 300%, respectively, compared to the activated carbon fiber without carbonization, and the average pore diameter decreased by about 659%.

실시예 3Example 3

실시예 1의 Oxy-PAN섬유를 1,100℃의 질소분위기에서 약 60분 동안 탄화시킨 후, 이렇게 탄화 과정을 거친 탄소섬유와 거치지 않은 탄소섬유를 활성화 기체를 CO2로, 활성화 온도를 800℃로 하여 60분 동안 각각 활성화하였다. 이렇게 하여 얻어진 각각의 활성 탄소섬유에 대한 흡착 비표면적과 그 기공구조에 대한 결과를 표 1에, 그리고 표면성질을 표 2에 각각 나타내었다.After carbonizing the Oxy-PAN fiber of Example 1 in a nitrogen atmosphere at 1,100 ° C. for about 60 minutes, the carbonized carbon fiber and the carbon fiber that had not undergone carbonization were activated with CO 2 and activating temperature of 800 ° C. Each activated for 60 minutes. The adsorption specific surface area and pore structure of each activated carbon fiber thus obtained are shown in Table 1 and surface properties in Table 2, respectively.

그 결과, 탄화 공정을 거치지 않은 활성 탄소섬유와 탄화 공정을 거친 활성 탄소섬유 모두 pH 등 표면성질의 변화는 크게 나타나지 않았으나, BET 비표면적, 총 기공 부피 및 미세 기공 부피 등은 탄화 공정을 거친 활성 탄소섬유가 탄화공정을 거치지 않은 활성 탄소섬유에 비해 각각 200%, 214% 및 246% 증가하였으며, 평균 기공 직경은 약 532% 감소하였다.As a result, there was no significant change in surface properties, such as pH, for both activated carbon fibers and carbonized carbons. However, BET specific surface area, total pore volume, and fine pore volume were carbonized. The fibers increased by 200%, 214% and 246%, respectively, compared to the uncarbonized activated carbon fibers, and the average pore diameter decreased by about 532%.

실시예 4Example 4

실시예 2의 고강도 탄소섬유를 1,000℃의 질소분위기에서 약 150분 동안 탄화시킨 후, 이렇게 탄화 과정을 거친 탄소섬유와 거치지 않은 탄소섬유를 활성화 기체를 CO2로, 활성화 온도를 800℃로 하여 60분 동안 각각 활성화하였다. 이렇게 하여 얻어진 각각의 활성 탄소섬유에 대한 흡착 비표면적과 그 기공구조에 대한 결과를 표 1에, 그리고 표면성질을 표 2에 각각 나타내었다.The high-strength carbon fiber of Example 2 was carbonized in a nitrogen atmosphere at 1,000 ° C. for about 150 minutes, and the carbonized carbon fiber and the carbon fiber which had not been subjected to this carbonization process were activated with CO 2 and activation temperature at 800 ° C., 60 ° C. Each activated for minutes. The adsorption specific surface area and pore structure of each activated carbon fiber thus obtained are shown in Table 1 and surface properties in Table 2, respectively.

그 결과, 탄화 공정을 거치지 않은 활성 탄소섬유와 탄화 공정을 거친 활성 탄소섬유 모두 pH 등 표면성질의 변화는 크게 나타나지 않았으나, BET 비표면적, 총 기공 부피 및 미세 기공 부피 등은 탄화 공정을 거친 활성 탄소섬유가 탄화공정을 거치지 않은 활성 탄소섬유에 비해 각각 194%, 188% 및 260% 증가하였으며, 평균 기공 직경은 약 443% 감소하였다.As a result, there was no significant change in surface properties, such as pH, for both activated carbon fibers and carbonized carbons. However, BET specific surface area, total pore volume, and fine pore volume were carbonized. The fibers increased by 194%, 188% and 260%, respectively, compared to the uncarbonized activated carbon fibers, and the average pore diameter decreased by about 443%.

실시예 5Example 5

실시예 1의 Oxy-PAN섬유를 1,100℃의 질소분위기에서 약 90분 동안 탄화시킨 후, 이렇게 탄화 과정을 거친 탄소섬유와 거치지 않은 탄소섬유를 활성화 기체를 CO로, 활성화 온도를 900℃로 하여 90분 동안 각각 활성화하였다. 이렇게 하여 얻어진 각각의 활성 탄소섬유에 대한 흡착 비표면적과 그 기공 구조에 대한 결과를 표 1에, 그리고 표면성질을 표 2에 각각 나타내었다.After carbonizing the Oxy-PAN fiber of Example 1 in a nitrogen atmosphere at 1,100 ° C. for about 90 minutes, the carbonized carbon fiber and the carbon fiber which had not been carbonized were changed to 90 ° C. with an activation gas of CO and an activation temperature of 900 ° C. Each activated for minutes. The adsorption specific surface area and pore structure of each activated carbon fiber thus obtained are shown in Table 1 and surface properties in Table 2, respectively.

그 결과, 탄화 공정을 거치지 않은 활성 탄소섬유와 탄화 공정을 거친 활성 탄소섬유 모두 pH 등 표면성질의 변화는 크게 나타나지 않았으나, BET 비표면적, 총 기공 부피 및 미세 기공 부피 등은 탄화 공정을 거친 활성 탄소섬유가 탄화공정을 거치지 않은 활성 탄소섬유에 비해 각각 146%, 112% 및 257% 증가하였으며, 평균 기공 직경은 약 410% 감소하였다.As a result, there was no significant change in surface properties, such as pH, for both activated carbon fibers and carbonized carbons. However, BET specific surface area, total pore volume, and fine pore volume were carbonized. The fibers increased by 146%, 112% and 257%, respectively, and the average pore diameter decreased by about 410% compared to the activated carbon fibers without carbonization.

실시예 6Example 6

실시예 2의 고강도 탄소섬유를 1,200℃의 질소분위기에서 약 60분 동안 탄화시킨 후, 이렇게 탄화 과정을 거친 탄소섬유와 거치지 않은 탄소섬유를 활성화 기체를 수증기로, 활성화 온도를 900℃로 하여 120분 동안 각각 활성화하였다. 이렇게 하여 얻어진 각각의 활성 탄소섬유에 대한 흡착 비표면적과 그 기공 구조에 대한 결과를 표 1에, 그리고 표면성질을 표 2에 각각 나타내었다.The high-strength carbon fiber of Example 2 was carbonized in a nitrogen atmosphere at 1,200 ° C. for about 60 minutes, and the carbonized carbon fiber and carbon fiber which had not been subjected to this carbonization process were activated by using an activation gas as water vapor and an activation temperature of 900 ° C. for 120 minutes. Each activated. The adsorption specific surface area and pore structure of each activated carbon fiber thus obtained are shown in Table 1 and surface properties in Table 2, respectively.

그 결과, 탄화 공정을 거치지 않은 활성 탄소섬유와 탄화 공정을 거친 활성 탄소섬유 모두 pH 등 표면성질의 변화는 크게 나타나지 않았으나, BET 비표면적, 총 기공 부피 및 미세 기공 부피 등은 탄화 공정을 거친 활성 탄소섬유가 탄화공정을 거치지 않은 활성 탄소섬유에 비해 각각 138%, 105% 및 224% 증가하였으며, 평균 기공 직경은 약 475% 감소하였다.As a result, there was no significant change in surface properties, such as pH, for both activated carbon fibers and carbonized carbons. However, BET specific surface area, total pore volume, and fine pore volume were carbonized. The fibers increased by 138%, 105% and 224%, respectively, compared to the uncarbonized activated carbon fibers, and the average pore diameter decreased by about 475%.

실시예 7Example 7

실시예 1의 Oxy-PAN섬유를 1,300℃의 질소분위기에서 약 150분 동안 탄화시킨 후, 이렇게 탄화 과정을 거친 탄소섬유와 거치지 않은 탄소섬유를 활성화 기체를 수증기로, 활성화 온도를 1,000℃로 하여 120분 동안 각각 활성화하였다. 이렇게 하여 얻어진 각각의 활성 탄소섬유에 대한 흡착 비표면적과 그 기공 구조에 대한 결과를 표 1에, 그리고 표면성질을 표 2에 각각 나타내었다.After carbonizing the Oxy-PAN fiber of Example 1 in a nitrogen atmosphere at 1,300 ° C. for about 150 minutes, the carbonized carbon fiber and the carbon fiber which had not been subjected to this carbonization process were activated with water vapor and activation temperature 1,000 ° C. Each activated for minutes. The adsorption specific surface area and pore structure of each activated carbon fiber thus obtained are shown in Table 1 and surface properties in Table 2, respectively.

그 결과, 탄화 공정을 거치지 않은 활성 탄소섬유와 탄화 공정을 거친 활성 탄소섬유 모두 pH 등 표면성질의 변화는 크게 나타나지 않았으나, BET 비표면적, 총 기공 부피 및 미세 기공 부피 등은 탄화 공정을 거친 활성 탄소섬유가 탄화공정을 거치지 않은 활성 탄소섬유에 비해 각각 146%, 111% 및 153% 증가하였으며, 평균 기공 직경은 약 219% 감소하였다.As a result, there was no significant change in surface properties, such as pH, for both activated carbon fibers and carbonized carbons. However, BET specific surface area, total pore volume, and fine pore volume were carbonized. Fibers increased by 146%, 111% and 153%, respectively, compared to uncarbonized activated carbon fibers, and the average pore diameter decreased by about 219%.

실시예 8Example 8

실시예 2의 고강도 탄소섬유를 1,300℃의 질소분위기에서 약 120분 동안 탄화시킨 후, 이렇게 탄화 과정을 거친 탄소섬유와 거치지 않은 탄소섬유를 활성화 기체를 CO로, 활성화 온도를 1,000℃로 하여 90분 동안 각각 활성화하였다. 이렇게 하여 얻어진 각각의 활성 탄소섬유에 대한 흡착 비표면적과 그 기공구조에 대한 결과를 표 1에, 그리고 표면성질을 표 2에 각각 나타내었다.The high-strength carbon fiber of Example 2 was carbonized in a nitrogen atmosphere at 1,300 ° C. for about 120 minutes, and the carbonized carbon fiber and carbon fiber which had not been subjected to this carbonization process were activated for 90 minutes using CO as an activation gas and 1,000 ° C. as an activation temperature. Each activated. The adsorption specific surface area and pore structure of each activated carbon fiber thus obtained are shown in Table 1 and surface properties in Table 2, respectively.

그 결과, 탄화 공정을 거치지 않은 활성 탄소섬유와 탄화 공정을 거친 활성 탄소섬유 모두 pH 등 표면성질의 변화는 크게 나타나지 않았으나, BET 비표면적, 총 기공 부피 및 미세 기공 부피 등은 탄화 공정을 거친 활성 탄소섬유가 탄화공정을 거치지 않은 활성 탄소섬유에 비해 각각 150%, 107% 및 183% 증가하였으며, 평균 기공 직경은 약 316% 감소하였다.As a result, there was no significant change in surface properties, such as pH, for both activated carbon fibers and carbonized carbons. However, BET specific surface area, total pore volume, and fine pore volume were carbonized. The fiber increased by 150%, 107% and 183%, respectively, compared with the carbonized process without carbonization, and the average pore diameter decreased by about 316%.

제조된 각각의 활성 탄소섬유는 100℃에서 약 12시간 동안 건조한 후 사용하였으며, 위 실시예에서 얻은 각각의 활성 탄소섬유에 대한 BET 비표면적, 요오드 흡착능, pH, 표면 산도 및 표면 염기도 실험을 다음과 같이 실시하고, 그 결과를 각각의 표로 나타내었다.Each of the prepared activated carbon fibers was used after drying at 100 ° C. for about 12 hours, and the BET specific surface area, iodine adsorption capacity, pH, surface acidity and surface basicity experiments of the activated carbon fibers obtained in the above examples were as follows. It carried out similarly and showed the result by each table.

BET 비표면적 측정방법:BET specific surface area measurement method:

-196℃의 액체 질소 분위기 하에서 시료 약 0.2g을 채취하여 질소 기체를 흡착질로 하여 그 농도 증가에 따른 흡착량을 측정하였다. P/Po(여기서, P는 부분 압력, Po는 포화 증기압)가 약 0.05에서 0.3까지는 흡착량에 대해서 직선의 기울기를 나타내며 그것으로 부터 BET 비표면적과 미세 기공의 부피를 구하였다.About 0.2 g of the sample was taken in a liquid nitrogen atmosphere at -196 ° C, and nitrogen gas was used as the adsorbate. P / P o (where P is the partial pressure and P o is the saturated vapor pressure) showed a linear slope with respect to the adsorption amount from about 0.05 to 0.3, from which the BET specific surface area and the volume of the micropores were obtained.

요오드 흡착능 측정방법:Iodine adsorption capacity measurement method:

ASTM D4607에 따라 각 시료별로 서로 다른 무게에 대해 흡착되는 요오드의 양과 이에 다른 용액내의 요오드 잔류농도를 측정하여 그 잔류 농도가 0.02N일 때의 요오드 흡착량을 그 흡착능으로 하였다. 측정에 앞서 우선 5 중량% HCl 용액 및 0.100N 티오황산 나트륨 용액, 0.100±0.001N 표준 요오드 용액, 0.100N 요오드산 칼륨 용액을 제조한 후 표정하여 사용하였다. 이때, 요오드산 칼륨 용액은 티오황산 나트륨 용액 및 표준 요오드 용액의 농도계수를 결정하므로 주의깊게 제조하였다. 준비한 시료들을 각각 0.1, 0.3, 0.5, 1.0g을 정확히 취하여 플라스크에 넣고 5 중량% HCl용액 10ml를 첨가한 후 약 30초 동안 천천히 데운 후 표준 요오드 용액 50ml를 첨가하였다. 실온에서 약 15~20분간 진탕 후 용액을 여과하여 그 여과액을 0.100N 티오황산 나트륨 용액으로 적정하였다. 요오드의 황색이 소멸될 때까지 적정하여 각 시료 무게에 대해 흡착된 요오드의 mg수를 구하였다.According to ASTM D4607, the amount of iodine adsorbed at different weights for each sample and the residual concentration of iodine in the solution were measured, and the amount of iodine adsorption when the residual concentration was 0.02N was used as the adsorption capacity. Prior to the measurement, 5 wt% HCl solution, 0.100N sodium thiosulfate solution, 0.100 ± 0.001N standard iodine solution, 0.100N potassium iodide solution was prepared and used after expression. At this time, the potassium iodide solution was carefully prepared because it determines the concentration coefficient of sodium thiosulfate solution and standard iodine solution. 0.1, 0.3, 0.5, and 1.0 g of the prepared samples were accurately taken into a flask, 10 ml of 5 wt% HCl solution was added, and slowly warmed for about 30 seconds, and then 50 ml of standard iodine solution was added. After shaking for 15-20 minutes at room temperature, the solution was filtered and the filtrate was titrated with 0.100N sodium thiosulfate solution. The number of mg of iodine adsorbed was determined for each sample weight by titration until the yellow color of iodine disappeared.

pH 측정방법:pH measurement method:

ASTM D3838에 준하여 각 시료의 pH를 측정하였다. 건조시킨 각각의 시료 0.5g을 100℃에서 끓인 증류수 20ml에 첨가한 후 12시간 이상 진탕한 후 각 용액을 여과시켜 그 상등액의 pH를 측정하였다.The pH of each sample was measured according to ASTM D3838. 0.5 g of each dried sample was added to 20 ml of distilled water boiled at 100 ° C., shaken for 12 hours or more, and each solution was filtered to measure the pH of the supernatant.

표면 산도 및 표면 염기도 측정방법:Surface acidity and surface basicity measurement method:

활성 탄소섬유의 표면 산도는 보엠(Boehm)의 선택중화법을 이용하여 측정하였는데, 시료 약 1g을 0.1N 수산화나트륨 용액 100ml에 넣고 밀봉한 후 48시간동안 상온에서 진탕시킨 다음 여과 필터 (0.45㎛, 나일론)에 여과시킨 후 그 상층액 20ml를 채취해 0.1N 염산 용액으로 적정하여 측정하였다. 표면 염기도의 측정도 같은 과정에 따라 진행하며, 시료 첨가용액과 적정용액을 반대로 하여 측정하였으며, 이때 지시약으로는 페놀프탈레인 표준용액을 각각 사용하였다.The surface acidity of the activated carbon fibers was measured by Boehm's selective neutralization method. About 1 g of the sample was placed in 100 ml of 0.1 N sodium hydroxide solution, sealed, shaken at room temperature for 48 hours, and then filtered (0.45 μm, Nylon) and 20 ml of the supernatant was collected and titrated with 0.1 N hydrochloric acid solution. The surface basicity was measured in the same manner, and the sample addition solution and the titration solution were measured in the reverse direction, and phenolphthalein standard solution was used as an indicator.

각 실시예에 따른 활성 탄소섬유의 질량 손실Mass loss of activated carbon fiber according to each example

각 실시예에서 출발 탄소섬유의 질량과 탄화공정 처리된 활성 탄소섬유의 질량을 측정하고 하기 식으로부터 질량 손실(%)을 산출하고 그 결과를 하기 표 3에 수록하였다. In each example, the mass of the starting carbon fiber and the mass of the carbonized activated carbon fiber were measured, and the mass loss (%) was calculated from the following equation, and the results are shown in Table 3 below.

질량 손실(%) = [출발 탄소섬유의 질량(g) - 활성 탄소섬유의 질량(g)]/출발 탄소섬유의 질량(g) x 100Mass loss (%) = [mass of starting carbon fiber (g)-mass of activated carbon fiber (g)] / mass of starting carbon fiber (g) x 100

BET 비표면적[m2/g]BET specific surface area [m 2 / g] 총기공 부피[cc/g]Total Pore Volume [cc / g] 미세 기공 부피[cc/g]Micro Pore Volume [cc / g] 평균기공직경[Å]Average pore diameter 실시예 1Example 1 NC-ACFsNC-ACFs 229229 0.150.15 0.070.07 220.3220.3 C-ACFsC-ACFs 374374 0.240.24 0.110.11 36.736.7 실시예 2Example 2 NC-ACFsNC-ACFs 272272 0.180.18 0.080.08 189.9189.9 C-ACFsC-ACFs 524524 0.350.35 0.240.24 28.828.8 실시예 3Example 3 NC-ACFsNC-ACFs 354354 0.210.21 0.130.13 145.7145.7 C-ACFsC-ACFs 707707 0.450.45 0.320.32 27.427.4 실시예 4Example 4 NC-ACFsNC-ACFs 404404 0.240.24 0.150.15 127.6127.6 C-ACFsC-ACFs 782782 0.450.45 0.380.38 28.828.8 실시예 5Example 5 NC-ACFsNC-ACFs 872872 0.520.52 0.210.21 72.572.5 C-ACFsC-ACFs 12711271 0.580.58 0.540.54 17.717.7 실시예 6Example 6 NC-ACFsNC-ACFs 643643 0.430.43 0.170.17 121.1121.1 C-ACFsC-ACFs 888888 0.450.45 0.390.39 25.525.5 실시예 7Example 7 NC-ACFsNC-ACFs 11251125 0.640.64 0.450.45 37.437.4 C-ACFsC-ACFs 16371637 0.710.71 0.690.69 17.117.1 실시예 8Example 8 NC-ACFsNC-ACFs 10121012 0.620.62 0.350.35 54.654.6 C-ACFsC-ACFs 15221522 0.660.66 0.640.64 17.317.3

* 각각의 측정값은 실시예에 따른 평균값을 나타내었다.* Each measured value represents the average value according to the Example.

pHpH 표면산도[meq/g]Surface acidity [meq / g] 표면 염기도[meq/g]Surface basicity [meq / g] 실시예 1Example 1 NC-ACFsNC-ACFs 6.526.52 172.6172.6 102.4102.4 C-ACFsC-ACFs 6.556.55 166.8166.8 105.2105.2 실시예 2Example 2 NC-ACFsNC-ACFs 6.746.74 143.5143.5 117.6117.6 C-ACFsC-ACFs 6.786.78 135.9135.9 109.8109.8 실시예 3Example 3 NC-ACFsNC-ACFs 7.127.12 102.2102.2 114.3114.3 C-ACFsC-ACFs 7.187.18 98.698.6 118.4118.4 실시예 4Example 4 NC-ACFsNC-ACFs 6.756.75 118.3118.3 98.798.7 C-ACFsC-ACFs 6.816.81 115.7115.7 104.3104.3 실시예 5Example 5 NC-ACFsNC-ACFs 7.017.01 112.2112.2 109.6109.6 C-ACFsC-ACFs 6.926.92 109.5109.5 98.798.7 실시예 6Example 6 NC-ACFsNC-ACFs 6.796.79 158.4158.4 101.6101.6 C-ACFsC-ACFs 6.856.85 149.8149.8 118.5118.5 실시예 7Example 7 NC-ACFsNC-ACFs 7.597.59 52.652.6 114.3114.3 C-ACFsC-ACFs 7.627.62 45.745.7 147.8147.8 실시예 8Example 8 NC-ACFsNC-ACFs 7.257.25 68.268.2 105.3105.3 C-ACFsC-ACFs 7.267.26 70.470.4 108.8108.8

* 각각의 측정값은 실시예에 따른 평균값을 나타내었다.* Each measured value represents the average value according to the Example.

실시예 1Example 1 실시예 2Example 2 실시예 3Example 3 실시예 4Example 4 실시예 5Example 5 실시예 6Example 6 실시예 7Example 7 실시예 8Example 8 NC-ACFNC-ACF 7272 8181 8282 8484 8686 8787 9595 9393 C-ACFC-ACF 4343 5656 5555 5858 6060 6262 6565 6767

표 1, 표 2 및 표 3으로부터 명확히 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따라 제조된 활성 탄소섬유(실시예 1 내지 8의 C-ACFs)는 종래의 탄화공정을 거치지 않고 제조된 활성 탄소섬유(NC-ACFs)와 비교할 때 표면 성질 즉, pH, 표면 산도 및 표면 염기도의 변화는 그리 크지 않았으나, 각각의 실시예의 경우 BET 비표면적에 있어서 약 1.5배, 총 기공 부피에 있어서 약 1.5배, 미세 기공 부피에 있어서는 약 2.2배 증가하였으며, 평균 기공 직경은 탄화 공정 후 활성화 온도와 시간에 따라 최소 2.2배에서 최대 6.6배까지 감소함을 확인할 수 있었다.As can be clearly seen from Table 1, Table 2 and Table 3, the activated carbon fibers (C-ACFs of Examples 1 to 8) prepared according to the present invention is activated carbon fibers prepared without a conventional carbonization process ( Compared to NC-ACFs), the change in surface properties, ie pH, surface acidity and surface basicity, was not very large, but in each example, about 1.5 times in BET specific surface area, about 1.5 times in total pore volume, and micropores. The volume increased by about 2.2 times, and the average pore diameter decreased from 2.2 times to 6.6 times according to the activation temperature and time after the carbonization process.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따라 탄화 공정을 새로 도입함으로써 제조된 활성 탄소섬유의 BET 비표면적과 기공 부피를 증가시키고 또 미세 기공 구조를 발달시킬 수 있으며 이러한 결과는 질소 기체 흡착량에 의한 흡착 성능을 크게 개선시켰음을 알 수 있다.As described above, it is possible to increase the BET specific surface area and the pore volume and to develop the fine pore structure of the activated carbon fiber prepared by newly introducing the carbonization process according to the present invention. It can be seen that greatly improved.

또한, 본 발명에서는 활성 탄소섬유의 제조에 있어서 다른 장치의 필요없이 종래의 장치에 질소 기체를 유입시킨 탄화 공정만이 새로이 도입되었으며, 또한 공정이 연속적으로 이루어져 그에 따라 작업이 용이하다.In addition, in the present invention, only the carbonization process in which nitrogen gas is introduced into the conventional apparatus is introduced without the need for any other apparatus in the production of activated carbon fibers, and the process is continuously performed, thereby making it easy to work.

Claims (3)

탄소섬유를 산화시킨 후, 산화된 탄소섬유를 900℃ 내지 1,300℃의 온도에서 30분 내지 150분간 가열하여 탄화시킨 다음, 700℃ 내지 1,000℃의 온도에서 30분 내지 120분간 가열하여 활성화시키는 것을 특징으로 하는 활성 탄소섬유의 제조방법.After oxidizing the carbon fiber, the oxidized carbon fiber is carbonized by heating for 30 minutes to 150 minutes at a temperature of 900 ℃ to 1,300 ℃, then activated by heating for 30 minutes to 120 minutes at a temperature of 700 ℃ to 1,000 ℃. Method for producing activated carbon fibers. 제 1 항에 있어서, 상기 탄소섬유는 200 내지 300℃에서 2 내지 3시간 동안 산화처리된 PAN섬유이거나, 상기 산화처리된 PAN섬유를 700 내지 1500℃의 질소 분위기에서 2 내지 10분간 탄화시킨 고강도 탄소섬유이거나, 또는 상기 산화처리된 PAN 섬유 및 고강도 탄소섬유인 제조방법.The carbon fiber of claim 1, wherein the carbon fiber is PAN fiber oxidized at 200 to 300 ° C. for 2 to 3 hours or carbonized the oxidized PAN fiber at 700 to 1500 ° C. for 2 to 10 minutes. Fiber or the oxidized PAN fiber and a high strength carbon fiber. 제 1 항에 있어서, 활성화 단계에서 사용되는 활성화 기체가 수증기, O₂, CO 또는 CO₂기체인 것을 특징으로 하는 흡착 성능이 향상된 활성 탄소섬유의 제조방법.The method according to claim 1, wherein the activation gas used in the activation step is water vapor, O 2, CO, or CO 2 gas.
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