KR100343334B1 - An activated carbon fiber and a process of preparing for the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 비표면적이 2,000㎡/g 이상이고, 전체 표면적의 50% 이상이 기공크기가 50Å 이상인 메소포아(Mesopore)로 형성된 것을 특징으로 하는 활성탄소섬유에 관한 것이다.The present invention relates to an activated carbon fiber, characterized in that the specific surface area is 2,000 m 2 / g or more, and at least 50% of the total surface area is formed of Mesopore having a pore size of 50 mm 3 or more.

본 발명은 일차적으로 콜타르 핏치를 루이스(Lewis) 촉매와 할로겐 원소를 공촉매로 사용하여 축중합에 의해 저 연화점의 핏치를 제조하고, 불활성 기체를 이용하여 분취한 후 등방성 탄소섬유의 프리커서 핏치를 제조한다. 이 프리커서 핏치를 방사하여 금속함유 핏치 섬유를 금속의 제거과정 없이 제조한다. 이 핏치 섬유를 산화안정화, 600℃ 및 1000℃에서 탄화처리한 후 수증기로 활성화 하여 활성탄소섬유를 제조한다. 본 발명은 중축합 촉매로 사용된 루이스산계 금속촉매를 프리커서 핏치 및 등방성 탄소섬유내에 그대로 잔존시켜 이후 탄화공정시 산화촉매로 이용함을 특징으로 한다.According to the present invention, a coal soft pitch is prepared by using a Lewis catalyst and a halogen element as a co-catalyst to produce a pitch of low softening point by condensation polymerization, and fractionated using an inert gas, followed by precursor pitch of isotropic carbon fibers. Manufacture. The precursor pitch is spun to produce metal-containing pitch fibers without metal removal. This pitch fiber is carbonized at 600 ° C. and 1000 ° C. after oxidation stabilization, and activated by water vapor to produce activated carbon fibers. The present invention is characterized in that the Lewis acid metal catalyst used as the polycondensation catalyst remains in the precursor pitch and isotropic carbon fiber as it is, and then used as an oxidation catalyst in the carbonization process.

본 발명은 용매흡착재생, 악취제거, 메탄저장, 리튬이온 전지의 전극, 연료전지 등에 사용된다.The present invention is used for solvent adsorption regeneration, odor removal, methane storage, electrodes of lithium ion batteries, fuel cells and the like.

Description

활성탄소섬유 및 그의 제조방법 {An activated carbon fiber and a process of preparing for the same}Activated carbon fiber and a method of manufacturing the same {An activated carbon fiber and a process of preparing for the same}

본 발명은 활성탄소섬유 및 그의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to activated carbon fibers and a method of manufacturing the same.

활성탄소섬유는 일반 활성탄에 비하여 독특한 특성을 가지고 있다. 활성탄소섬유는 지름 15㎛ 이하의 가는 탄소섬유 상에 미세기공(Micropore)들이 균일하게 발달되어 있어서 기상이나 액상 흡착에 있어서 매우 빠른 세공 내 흡착을 보이고 있어 흡착능력이 훨씬 뛰어나다. 활성탄소섬유 기본형태가 섬유상이므로 직포나 부직포 등으로 가공하여 사용할 수 있어 취급이 용이하다. 또 낮은 온도에서 탈착이 용이하므로 재생성이 뛰어난 것이 장점이다. 이러한 활성탄소섬유의 독특한 특성으로 용매의 흡착재생, 악취제거, 메탄저장, 리튬이온전지의 전극, 전기이중층 캐패시터 전극, 연료전지, 이산화탄소흡착, 가스분리 등에 사용되어지고 있다.Activated carbon fiber has unique characteristics compared to general activated carbon. Activated carbon fiber has very high adsorption capacity because it shows very fast adsorption in pores in gaseous phase or liquid phase adsorption because micropores are uniformly developed on thin carbon fiber with diameter of 15㎛ or less. Since the basic form of activated carbon fiber is fibrous, it can be processed into a woven or nonwoven fabric and is easy to handle. In addition, since it is easy to detach at a low temperature, it is an advantage of excellent regeneration. The unique characteristics of activated carbon fibers are used for adsorption and regeneration of solvents, odor removal, methane storage, lithium ion battery electrodes, electric double layer capacitor electrodes, fuel cells, carbon dioxide adsorption, and gas separation.

섬유표면에 균일하게 발달한 미세기공은 활성탄에 비해 비표면적이 크게 나타나고 크기가 작은 분자의 선택흡착제로서의 사용이 용이하다. 이제까지 제조되어온 활성탄과 활성탄소섬유의 대부분은 미세기공(Micropore)이 발달된 것이 대부분이며 메소포아(Mesopore)가 선택적인 발달을 하는 경우에 대한 보고는 적다. 따라서 세공특성에 관한 연구도 미세기공(Micropore)에 관련된 것들이 대부분이다. 활성탄소섬유에 주로 미세기공(Micropore) 들이 형성된 경우에는 거래분자나 이온의 흡착이 제한되어 캐패시터 전극으로서의 높은 용량을 발현하지 못하는 문제가 있다.The micropores uniformly developed on the fiber surface have a larger specific surface area than the activated carbon and are easy to use as a selective adsorbent for small molecules. Most of the activated carbon and activated carbon fibers produced so far are mostly micropores, and there are few reports of selective development of mesopore. Therefore, most of the studies on the pore characteristics are related to micropores. When micropores are mainly formed in activated carbon fibers, there is a problem in that the adsorption of trading molecules or ions is restricted and thus the high capacity as a capacitor electrode cannot be expressed.

방향족 탄화수소와 같은 유기화합물을 열분해, 중축합시켜 프리커서 핏치를 제조하거나, 콜타르나 석유계 핏치 등을 촉매하에서 중축합한 후 불활성기체로 분취하여 프리커서 핏치를 제조한 다음 이를 방사하여 등방성 탄소섬유를 제조하고 계속해서 이를 안정화, 탄화 및 활성화 시켜 활성탄소섬유를 제조 해 오고 있다.Pyrolysis and polycondensation of organic compounds, such as aromatic hydrocarbons, to produce precursor pitches, or polytars of coal tar or petroleum pitches are catalyzed, and then fractionated with an inert gas to prepare precursor pitches, which are then spun to form isotropic carbon fibers. It has been produced and activated carbon fiber by stabilizing, carbonizing and activating it.

방향족 탄화수소로 부터 핏치를 합성하기 위해 촉매를 사용하였는데, 나프탈렌을 칼륨과 같은 알칼리금속 촉매를 사용하여 중합시키면 등방성 핏치가 형성되고, AlCl3나 HF/BF3와 같은 루이스(Lewis)산을 촉매로 사용하면 메소페이스 핏치가 형성된다는 사실이 알려져 있다[I. Mochida, E. I. Nakamura, K. Maeda and K. Takeshida, Carbon, 13, 489(1975) 등].A catalyst was used to synthesize the pitch from aromatic hydrocarbons. Naphthalene was polymerized using an alkali metal catalyst such as potassium to form isotropic pitch and Lewis acid such as AlCl 3 or HF / BF 3 as a catalyst. It is known that when used, mesophase pitch is formed [I. Mochida, EI Nakamura, K. Maeda and K. Takeshida, Carbon, 13, 489 (1975) and the like.

하지만 AlCl3촉매는 축합반응을 촉진시키나 높은 점도의 핏치로부터 촉매의 제거가 어렵고 AlCl3OH와 같은 수산화물로 제거되기 때문에 촉매의 재사용이 어렵다. 또한 탄소섬유 제조과정중 완전히 제거되지 않은 금속이 탄화나 흑연화 과정중 구조를 파괴하여 기계적 물성을 저하시키는 원인이 되기도 한다.AlCl 3 catalysts, however, promote condensation but are difficult to remove from high viscosity pitches and are difficult to reuse because they are removed with hydroxides such as AlCl 3 OH. In addition, metals that are not completely removed during the carbon fiber manufacturing process may cause structural degradation during carbonization or graphitization, thereby causing mechanical properties to be degraded.

한편 콜타르나 석유계 핏치의 경우 탄소섬유의 제조를 위해 먼저 고온에 용융되지 않는 1차 퀴놀린(Primary quinoline) 불용성 물질을 제거한 후 핏치를 제조해야 한다. 1차 퀴놀린 불용성 물질이 제거된 천연 핏치는 대부분 저분자량의 화합물로 구성되기 때문에 촉매 등을 사용하여 중합하거나 열처리, 질소분취, 공기분취 등을 통해 방사 후 산화안정화가 가능한 프리커서 핏치를 제조한다.In the case of coal tar or petroleum pitch, first, the primary quinoline insoluble material which does not melt at high temperature should be removed before the pitch is manufactured. Since the natural pitch from which the primary quinoline insoluble substance has been removed is mostly composed of a low molecular weight compound, a precursor pitch capable of oxidative stabilization after spinning is polymerized using a catalyst or the like and subjected to heat treatment, nitrogen fractionation, and air fractionation.

양갑승, 신경수, 김융암, 안계혁, 한국섬유공학회 추계 학술대회초록 117 (1996) 등에서는 콜타르나 석유계 부산물을 p-니트로아니린(p-nitroaniline), p-벤조퀴논(p-benzoquinone), 니트로벤젠(nitrobenzene) 등의 방향족 화합물이나 브롬과 같은 할로겐 원소를 사용하여 중축합한 후 질소분취나 공기분취 과정을 통해 미반응된 저분자량의 화합물을 제거한 뒤 프리커거 핏치로 제조하였다.Yang Kap-seung, Kyung Soo Kim, Yung-am Kim, Kye-hyuk Ahn, Abstract of 117 (1996), coal tar and petroleum by-products such as p-nitroaniline, p-benzoquinone, nitro After polycondensation using an aromatic compound such as benzene (nitrobenzene) or a halogen element such as bromine, the unreacted low-molecular weight compound was removed through nitrogen or air fractionation, and then prepared as a precursor.

한편 프리커서의 분자의 크기가 커지면 분자간의 적층이 어려워져 등방성 구조의 분율이 커지는 현상을 보고하였고, 이로부터 제조된 탄소섬유는 단면에서 등방성 구조를 나타내었다.On the other hand, as the molecular size of the precursor increases, the stacking between molecules becomes difficult, and the fraction of the isotropic structure is reported, and the carbon fiber prepared therefrom exhibits an isotropic structure in cross section.

또한 프리커서를 합성할 때, 금속이온을 사용할 경우 금속이온에 의해 메소포아(Mesopore)가 발달되었다는 실험결과가 발표되었다[H. Tamai, S. Kojima, M.Ikeuchi, J. Mondori, T. Kanata and H. Yasuda, TANSO, 175, 243(1996)등].In addition, when synthesizing the precursor, an experimental result of the development of mesopore was developed by the metal ion when using the metal ion [H. Tamai, S. Kojima, M. Ikeuchi, J. Mondori, T. Kanata and H. Yasuda, TANSO, 175, 243 (1996) and the like.

또한 핏치와 유기금속착제의 합성에 의한 활성탄소섬유의 제조시 금속이온의 작용에 의해 메소포아(Mesopore)가 발달하고 메소포아(Mesopore)가 발달한 활성탄보다 거대분자의 선택적 흡착성이 우수함이 발표 되었다[T. Matsuo, H. Komagata and Y. Suzuki, Kagaku kogaku, 43, 232(1979)등].In addition, it has been reported that the selective adsorption of macromolecules is superior to that of activated carbon with mesopore and mesopore due to the action of metal ions in the production of activated carbon fibers by the synthesis of pitch and organometallic complexes. [T. Matsuo, H. Komagata and Y. Suzuki, Kagaku kogaku, 43, 232 (1979) et al.

그러나 금속을 함유하는 루이스(Lewis)산계 촉매를 사용하면 핏치를 올리고머화 하는 데에는 효과적이지만 탄소섬유를 탄화하는 과정중에 결정화된 금속성분이 퍼핑(Puffing)되면서 섬유의 구조를 파괴, 물성을 저하시키는 원인이 되고 있다. 따라서 고분자화한 후 금속촉매를 제거해야하는 번거러움이 있을뿐 아니라 고분자화된 탄화수소에 둘러싸여 제거가 어려워 완전한 제거는 극히 어려운 일로 평가되고 있다.However, Lewis acid-based catalysts containing metals are effective for oligomerizing pitch, but the crystallized metal component is puffed during the carbonization process of carbon fiber, thereby destroying the structure of the fiber and deteriorating physical properties. It is becoming. Therefore, it is not only a hassle to remove the metal catalyst after polymerization, but is also difficult to remove because it is surrounded by polymerized hydrocarbons.

본 발명의 목적은 상기 종래 기술들의 문제점들을 해결하므로서 활성탄소섬유내에 잔존하는 금속촉매를 제거하지 않아도 섬유구조의 파괴나 물성저하를 방지할 수 있는 활성탄소섬유의 제조방법을 제공하기 위한 것이다. 또한 본 발명은 물성저하 없이도 섬유내 메소포아가 많이 형성되어 거대분자나 이온의 흡착 등이 용이한 활성탄소섬유를 제조하기 위한 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a method for producing activated carbon fibers which can prevent the destruction of fiber structure and the deterioration of physical properties without removing the metal catalyst remaining in the activated carbon fibers while solving the problems of the prior arts. In addition, the present invention is to produce an activated carbon fiber is easy to adsorb macromolecules, ions, etc. are formed a lot of mesopoie in the fiber without deterioration of physical properties.

본 발명은 축중합 촉매로 사용된 루이스(Lewis) 산의 금속을 제거하지 않고 섬유를 제조하여 탄화할 때, 섬유표면으로 이동된 금속을 산화촉매로 이용하여 메소포아(Mespore)를 비표면적의 50% 이상으로 조절하고, 2000㎡/g 이상의 높은 비표면적을 나타내는 활성탄소섬유를 제조하기 위한 것이다.In the present invention, when the fiber is prepared and carbonized without removing the metal of Lewis acid used as the polycondensation catalyst, Mespoore is used as the oxidation catalyst by using the metal transferred to the fiber surface as the oxidation catalyst. It is for producing an activated carbon fiber which is adjusted to% or more and exhibits a high specific surface area of 2000 m 2 / g or more.

기존의 핏치계 등방성 탄소섬유를 기상활성화 하면 활성탄소섬유는 10~20Å의 미세기공(Micropore)이 주로 생성되고 비표면적이 2000㎡/g이 한계이다. 이러한 미세기공(Micropore)에는 거대분자나 이온의 흡착이 제한되어 캐패시터 전극으로서의 높은 용량을 발현하지 못하기 때문에 50Å 이상의 메소포아를 생성시키는 것이 중요하다.When gas phase activation of existing pitch-based isotropic carbon fibers is activated carbon fibers, 10 ~ 20Å of micropores are mainly produced, and the specific surface area is limited to 2000㎡ / g. It is important to generate mesopoeas of 50 kPa or more because such micropores have limited adsorption of macromolecules or ions and thus do not express high capacities as capacitor electrodes.

따라서 본 발명은 전체 섬유표면적중 50% 이상이 기공의 크기가 50Å 이상인 메소포아(Mespore)로 구성되며, 비표면적이 2000㎡/g 이상인 활성탄소섬유를 제조하기 위하여 중축합시 금속함유 촉매를 사용한다. 상기 금속함유 촉매는 이후 탄화공정에서 섬유중심으로부터 표면으로 이동된다. 본 발명은 섬유표면으로 이동된 상기 금속함유 촉매를 산화촉매로 이용하여 섬유물성저하나 구조파괴 없이도 표면적의 50% 이상이 50Å의 메소포아로 형성된 활성탄소섬유를 제조한다.Therefore, the present invention is composed of Mespoore (Mespore) of 50% or more of the pore size of the total fiber surface area, using a metal-containing catalyst during polycondensation to produce activated carbon fibers with a specific surface area of 2000㎡ / g or more . The metal-containing catalyst is then moved from the fiber center to the surface in the carbonization process. The present invention uses the metal-containing catalyst moved to the fiber surface as an oxidation catalyst to prepare activated carbon fibers in which 50% or more of the surface area is formed of 50 kPa of mesopoie without deteriorating the fiber properties or destroying the structure.

도 1은 본 발명에서 사용된 프리커서 핏치 제조장치의 개략도 이다.1 is a schematic diagram of a precursor pitch manufacturing apparatus used in the present invention.

도 2는 본 발명에서 사용된 탄소섬유 방사용 장치의 개략도 이다.Figure 2 is a schematic diagram of the device for spinning carbon fiber used in the present invention.

도 3 (a)는 실시예 1에서 600℃로 탄화처리된 탄소섬유의 투과전자현미경 (TEM) 사진 사본 이다.Figure 3 (a) is a transmission electron microscope (TEM) photographic copy of the carbon fiber carbonized at 600 ℃ in Example 1.

(b)는 실시예 2에서 600℃로 탄화처리된 탄소섬유의 투과전자현미경 (TEM) 사진 사본 이다.(b) is a transmission electron microscope (TEM) photographic copy of carbon fiber carbonized at 600 ° C. in Example 2.

(c)는 실시예 3에서 600℃로 탄화처리된 탄소섬유의 투과전자현미경 (TEM) 사진 사본 이다.(c) is a transmission electron microscope (TEM) photographic copy of carbon fiber carbonized at 600 ° C. in Example 3.

(d)는 비교실시예 1에서 600℃로 탄화처리된 탄소섬유의 투과전자현미경(TEM) 사진 사본 이다.(d) is a transmission electron microscope (TEM) photographic copy of carbon fiber carbonized at 600 ° C. in Comparative Example 1. FIG.

도 4 (a)는 실시예 4에서 1000℃로 탄화처리된 탄소섬유의 투과전자현미경 (TEM) 사진 사본이다.Figure 4 (a) is a transmission electron microscope (TEM) photographic copy of the carbon fiber carbonized at 1000 ℃ in Example 4.

(b)는 실시예 5에서 1000℃로 탄화처리된 탄소섬유의 투과전자현미경 (TEM) 사진 사본이다.(b) is a transmission electron microscope (TEM) photographic copy of carbon fiber carbonized at 1000 ° C. in Example 5.

(c)는 실시예 6에서 1000℃로 탄화처리된 탄소섬유의 투과전자현미경 (TEM) 사진 사본이다.(c) is a transmission electron microscope (TEM) photographic copy of carbon fiber carbonized at 1000 ° C. in Example 6.

(d)는 비교실시예 1에서 1000℃로 탄화처리된 탄소섬유의 투과전자현미경(TEM) 사진 사본이다.(d) is a transmission electron microscope (TEM) photographic copy of carbon fiber carbonized at 1000 ° C. in Comparative Example 1. FIG.

도 5 (a)는 실시예 1에서 600℃ 탄화처리 후 활성화된 탄소섬유의 주사전자현미경(SEM) 사진 사본이다.Figure 5 (a) is a scanning electron microscope (SEM) photographic copy of the activated carbon fiber after carbonization 600 ° C in Example 1.

(b)는 실시예 2에서 600℃ 탄화처리 후 활성화된 탄소섬유의 주사전자현미경(SEM) 사진 사본이다.(b) is a scanning electron microscope (SEM) photographic copy of activated carbon fibers after 600 ° C. carbonization in Example 2. FIG.

(c)는 실시예 3에서 600℃ 탄화처리 후 활성화된 탄소섬유의 주사전자현미경(SEM) 사진 사본이다.(c) is a scanning electron microscope (SEM) photographic copy of activated carbon fiber after 600 ° C. carbonization in Example 3.

(d)는 비교실시예 1에서 600℃ 탄화처리 후 활성화된 탄소섬유의 주사전자현미경(SEM) 사진 사본이다.(d) is a scanning electron microscope (SEM) photographic copy of activated carbon fibers after 600 ° C. carbonization in Comparative Example 1. FIG.

도 6 (a)는 실시예 4에서 1000℃ 탄화처리 후 활성화된 탄소섬유의 주사전자현미경(SEM) 사진 사본이다.Figure 6 (a) is a scanning electron microscope (SEM) photographic copy of the activated carbon fiber after 1000 ℃ carbonization treatment in Example 4.

(b)는 실시예 5에서 1000℃ 탄화처리 후 활성화된 탄소섬유의 주사전자현미경(SEM) 사진 사본이다.(b) is a scanning electron microscope (SEM) photographic copy of activated carbon fiber after 1000 ° C. carbonization in Example 5.

(c)는 실시예 6에서 1000℃ 탄화처리 후 활성화된 탄소섬유의 주사전자현미경(SEM) 사진 사본이다.(c) is a scanning electron microscope (SEM) photographic copy of activated carbon fibers after carbonization at 1000 ° C. in Example 6.

(d)는 비교실시예 1에서 1000℃ 탄화처리 후 활성화된 탄소섬유의 주사전자현미경(SEM) 사진 사본이다.(d) is a scanning electron microscope (SEM) photographic copy of activated carbon fiber after 1000 ° C. carbonization in Comparative Example 1. FIG.

※도면중 주요부분에 대한 부호설명※ Code explanation for main part of drawing

1 : 모터 2, 4 : N2가스유입구 3 : 브롬가스(Br2)1: motor 2, 4: N 2 gas inlet 3: bromine gas (Br 2 )

5 : 중축합로(Furnace) 6 : 온도 제어장치 7 : 가스배출구5: condensation furnace (Furnace) 6: temperature control device 7: gas outlet

8 : 써모커플(열전쌍 - Termo couple) 9 : 밸브8: Thermocouple (Termo couple) 9: Valve

10 : 게이지(Gauge) 11 : 벤트(Vent) 12 : N2가스10: Gauge 11: Vent 12: N 2 gas

13 : 가열기구(Heating element) 14 : 온도제어장치13 heating element 14 temperature control device

15 : 노즐 16 : 핏치섬유 17 : 와인더15: nozzle 16: pitch fiber 17: winder

본 발명은 활성탄소섬유 및 그의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to activated carbon fibers and a method of manufacturing the same.

더욱 구체적으로 본 발명은 비표면적이 2,000㎡/g 이상이고, 전체 표면적의 50% 이상이 기공크기가 50Å 이상인 메소포아(Mesopore)로 형성된 것을 특징으로 하는 활성탄소섬유에 관한 것이다.More specifically, the present invention relates to an activated carbon fiber, characterized in that the specific surface area is 2,000 m 2 / g or more, and 50% or more of the total surface area is formed of mesopore having a pore size of 50 mm 3 or more.

또한 본 발명은 콜타르 핏치를 촉매하에서 중축합한 후 불활성기체로 분취하여 프리커서 핏치를 제조한 다음 이를 방사하여 등방성 탄소섬유를 제조하고 계속해서 이를 안정화, 탄화 및 활성화 시켜 활성탄소섬유를 제조함에 있어서, 중축합시 루이스(Lewis)산계 금속함유 촉매와 할로겐 원소를 공촉매로 사용하고, 활성화시 H2O/N2혼합가스를 사용함을 특징으로 하는 활성탄소섬유의 제조방법에 관한 것이다.In the present invention, the coal tar pitch is polycondensed under a catalyst, followed by fractionation with an inert gas to prepare a precursor pitch, followed by spinning to produce isotropic carbon fibers, which are then stabilized, carbonized and activated to produce activated carbon fibers. The present invention relates to a method for producing activated carbon fibers characterized in that a Lewis acid metal-containing catalyst and a halogen element are used as a cocatalyst during polycondensation, and a H 2 O / N 2 mixed gas is used for activation.

이하 본 발명을 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

먼저 본 발명은 콜타르 핏치를 루이스산계 금속함유 촉매와 할로겐 원소를 공촉매로 사용하여 중축합시킨 후 불활성 기체로 분취하여 금속이 함유된 프리커서 핏치를 제조한다. 보다 구체적으로 중축합 원료물질로서 코크의 제조과정에서 부산물로 발생하는 콜타르 핏치를 분쇄하여, 이를 테트라하이드로퓨란(이하 'THF'라고 한다)에 용해시킨 후 그 내부에 존재하는 1차 퀴놀린 불용성 물질을 분리제거하여 제조한 연화점 85℃의 핏치(이하 'TSP'라고 한다)를 사용하는 것이 바람직 하다.First, in the present invention, a coal tar pitch is polycondensed using a Lewis acid metal-containing catalyst and a halogen element as a cocatalyst, and then fractionated with an inert gas to prepare a precursor pitch containing metal. More specifically, as a polycondensation raw material, coal tar pitch generated as a by-product during the production of coke is pulverized, dissolved in tetrahydrofuran (hereinafter referred to as 'THF'), and a primary quinoline insoluble substance present therein It is preferable to use a pitch of the softening point 85 ℃ (hereinafter referred to as 'TSP') prepared by separating and removing.

루이스산계 금속함유 촉매로는 AgBr, AlCl3, 또는 FeCl3를 사용하며, 이들의 첨가량은 TSP 전체 중량대비 3~10중량%가 바람직 하다. 공촉매인 할로겐 원소로는 브롬(Br) 등을 사용하며, 첨가량은 TSP 전체 중량대비 10~20중량%가 바람직 하다. 이와같이 제조된 저연화점 핏치의 연화점은 250~310℃ 이다.As the Lewis acid metal-containing catalyst, AgBr, AlCl 3 , or FeCl 3 is used, and the amount thereof is preferably 3 to 10 wt% based on the total weight of the TSP. Bromine (Br) or the like is used as the halogen element as the cocatalyst, and the amount of addition is preferably 10 to 20% by weight based on the total weight of the TSP. The softening point of the low softening point pitch prepared in this way is 250 ~ 310 ℃.

상기 TSP(원료물질)에 루이스산계 금속함유 촉매를 첨가한 후 상온에서 분산시킨 다음, 180℃ 정도의 온도에서 할로겐 원소를 공촉매로 첨가하여 중축합하여저연화점의 핏치를 제조한다. 이때 안정화에 적합한 저연화점의 핏치를 제조하기 위하여서는 10℃/분 이하의 승온속도로 350℃ 정도까지 승온시킨 후, 그 상태로 1~5시간 동안 유지하는 것이 바람직 하다.After adding a Lewis acid metal-containing catalyst to the TSP (raw material), it is dispersed at room temperature, and then polycondensed by adding a halogen element as a cocatalyst at a temperature of about 180 ℃ to produce a pitch of the low softening point. At this time, in order to produce a pitch of a low softening point suitable for stabilization, after heating up to about 350 ° C. at a temperature rising rate of 10 ° C./min or less, it is preferable to keep it for 1 to 5 hours.

다음으로는 이와 같이 제조한 저연화점의 핏치에 질소(N2) 등의 불활성 기체를 1.5ℓ/분의 속도로 분취하면서 3~9시간동안 핏치내 휘발분을 제거하여 프리커서 핏치를 제조한다. 상기 프리커서 핏치의 연화점은 250~300℃ 이다. 도 1은 프리커서 핏치 제조에 사용되는 장치의 개략도 이다.Next, a precursor pitch is prepared by removing volatile matter in the pitch for 3 to 9 hours while precipitating an inert gas such as nitrogen (N 2 ) at a rate of 1.5 L / min. The softening point of the precursor pitch is 250 to 300 ° C. 1 is a schematic diagram of an apparatus used to produce a precursor pitch.

다음으로 제조된 프리커서 핏치를 방사하여 등방성 탄소섬유를 제조한 후, 계속해서 이를 안정화, 탄화 및 H2O/N2혼합가스로 활성화시켜 활성탄소섬유를 제조한다. 제조된 프리커서 핏치를 방사하기 전에 프리커서 핏치 연화점보다 40~50℃ 높은 온도로 1시간 정도 유지시켜 프리커서 핏치 내에 잔존하고 있는 저분자량의 휘발분을 제거하는 것이 방사성 향상에 바람직 하다. 프리커서 핏치의 방사온도는 프리커서 핏치의 연화점보다 20~30℃ 높은 온도로 설정하는 것이 좋다. 도 2는 본 발명의 방사장치 개략도 이다.Next, the prepared pitch is spun to prepare isotropic carbon fibers, and then, stabilized, carbonized and activated with H 2 O / N 2 mixed gas to prepare activated carbon fibers. Before spinning the prepared precursor pitch, it is preferable to remove the low molecular weight volatiles remaining in the precursor pitch by maintaining the temperature at a temperature of 40 to 50 ° C. higher than the precursor pitch softening point for about 1 hour. The spinning temperature of the precursor pitch is preferably set to 20-30 ° C higher than the softening point of the precursor pitch. 2 is a schematic view of the spinning apparatus of the present invention.

방사된 섬유를 10℃/분 이하의 승온속도로 연화점 보다 10~20℃ 낮은 온도까지 승온되는 분위기 하에서 2~5시간 동안 일차 산화안정화 시키고, 다시 연화점보다 20~50℃ 높은 온도 분위기 하에서 2~5시간 동안 이차 산화안정화 시킨다. 이와 같은 산화안정화 공정은 이후 탄화공정 중 섬유가 녹는 것을 방지하기 위한 것이다.The oxidized fiber is first subjected to primary oxidation stabilization for 2 to 5 hours at an elevated temperature of 10 ° C./min or lower at a temperature of 10 ° C. or lower than the softening point. Secondary oxidation stabilizes over time. This oxidation stabilization process is intended to prevent the fibers from melting during the subsequent carbonization process.

계속하여 산화안정화된 탄소섬유를 600~1000℃에서 약 1시간 동안 탄화처리하고, 900℃인 H2O/N2(혼합비 4/10)의 혼합가스 분위기 하에서 활성화처리하여 본 발명의 활성탄소섬유를 제조한다.Subsequently, the carbon fiber is oxidatively stabilized at 600 to 1000 ° C. for about 1 hour, and the activated carbon fiber of the present invention is activated under a mixed gas atmosphere of 900 ° C. H 2 O / N 2 (mixture ratio 4/10). To prepare.

이와 같이 제조된 본 발명의 활성탄소섬유는 비표면적이 2000㎡/g 이상이고, 전체표면적의 50% 이상이 메소포아(Mespore)로 형성된다. 그 결과 거대 분자의 흡착에 유용하며 특히 캐패시터의 전극으로 매우 유용하다.The activated carbon fiber of the present invention prepared as described above has a specific surface area of 2000 m 2 / g or more, and at least 50% of the total surface area is formed of mesopore (Mespore). As a result, it is useful for the adsorption of macromolecules, especially as a capacitor electrode.

본 발명은 프리커서 핏치 제조를 위한 중축합 공정시 루이스산계 금속촉매를 할로겐 원소의 공촉매와 함께 사용한 후, 프리커서 핏치나 등방성 탄소섬유 내에 존재하는 상기 금속촉매를 제거하지 않고 이를 탄화공정시 산화촉매로 이용함을 특징으로 한다. 섬유내에 잔존하는 금속촉매는 탄화공정시 섬유중심에서 표면으로 이동하게 된다.The present invention uses a Lewis acid-based metal catalyst with a co-catalyst of a halogen element during the polycondensation process for producing a precursor pitch, and then oxidizes the carbon catalyst without removing the metal catalyst present in the precursor pitch or isotropic carbon fiber. It is characterized by using as a catalyst. The metal catalyst remaining in the fiber moves from the fiber center to the surface during the carbonization process.

상기 탄소섬유를 H2O/N2혼합가스로 활성화하게 되면 금속결정의 크기 및 위치에 따라 활성화 정도가 다양하게 되므로서 섬유내 메소포아(Mespore)가 보다 용이하게 형성되고 섬유의 비표면적이 극대화 된다.When the carbon fiber is activated with a H 2 O / N 2 mixed gas, the degree of activation varies depending on the size and position of the metal crystal, thereby easily forming mesophores in the fiber and maximizing the specific surface area of the fiber. do.

이하 본 발명을 실시예 및 비교실시예를 통하여 보다 구체적으로 살펴본다. 그러나 본 발명은 하기 실시예에만 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples and Comparative Examples. However, the present invention is not limited only to the following examples.

실시예 1Example 1

콜타르 핏치를 분쇄기로 일차분쇄 후 테트라하이드로퓨란(THF)에 용해시켜 1차 퀴놀린 불용성 물질을 제거하여 연화점 85℃의 핏치(TSP)를 제조한다. 제조된 TSP 150g에 대하여 3중량%의 AgBr를 고르게 분산시킨 후 도 1에 나타낸 반응장치를 이용해 15중량% Br2를 첨가하면서 반응 시켰다. 안정화에 적합한 연화점을 갖는 핏치를 제조하기 위하여 승온속도 5℃/분으로 330℃까지 승온시킨 후 4시간 동안 유지시키고 그 후 N2로 6시간 동안 불어넣어서 연화점이 260.2℃의 방사가능한 핏치를 제조하였다. 제조된 핏치는 도 2의 방사기를 사용하여 방사섬유를 제조하였다. 제조된 섬유는 270℃에서 2시간, 300℃에서 3시간 동안 안정화시켜 안정화 섬유를 제조하였다. 그 안정화 섬유를 600℃에서 1시간 동안 탄화하였다. 표 1에는 제조된 프리커서 핏치의 반응수율과 탄화수율을 요약하였다. 이렇게 하여 제조된 안정화 섬유를 탄화하였고 그 투과전자현미경(TEM) 사진은 도 3 (a)와 같다. 상기 사진에서 결정화되지 않은 Ag 금속이 섬유내부에서 관찰되었다. 탄화된 탄화섬유는 900℃에서 30분 동안 H2O/N2혼합가스(혼합비 4/10)를 사용하여 활성화 하였다. 도 5 (a)는 이와 같이 활성화된 섬유의 주사전자현미경(SEM)의 사진이다. 제조한 활성탄소섬유의 특성은 표 2와 같다.Coal tar pitch is first pulverized with a mill and then dissolved in tetrahydrofuran (THF) to remove primary quinoline insoluble material to produce a pitch (TSP) having a softening point of 85 ° C. AgBr of 3 wt% was uniformly dispersed with respect to 150 g of the prepared TSP, and then reacted while adding 15 wt% Br 2 using the reactor shown in FIG. 1. In order to prepare a pitch having a softening point suitable for stabilization, a softening point of 260.2 ° C. was produced by raising the temperature to 5 ° C./min to 330 ° C. and maintaining it for 4 hours and then blowing it with N 2 for 6 hours. . The prepared pitch was used to prepare the spinning fiber using the spinning machine of FIG. 2. The prepared fiber was stabilized for 2 hours at 270 ℃, 3 hours at 300 ℃ to prepare a stabilizing fiber. The stabilized fiber was carbonized at 600 ° C. for 1 hour. Table 1 summarizes the reaction yield and the carbonization yield of the prepared precursor pitch. The stabilized fiber thus produced was carbonized and its transmission electron microscope (TEM) photograph is shown in FIG. 3 (a). In the photo, Ag crystallized uncrystallized inside the fiber. Carbonized carbonized fibers were activated using H 2 O / N 2 mixed gas (mixing ratio 4/10) at 900 ° C. for 30 minutes. Figure 5 (a) is a photograph of a scanning electron microscope (SEM) of the fiber thus activated. The properties of the prepared activated carbon fibers are shown in Table 2.

실시예 2Example 2

콜타르 핏치를 분쇄기로 일차분쇄 후 테트라하이드로퓨란(THF)에 용해시켜 1차 퀴놀린 불용성 물질을 제거하여 연화점 85℃의 핏치(TSP)를 제조한다. 제조된 TSP 150g에 대하여 3중량%의 AlCl3를 고르게 분산시킨 후 도 1에 나타낸 반응장치를 이용해 15중량% Br2를 첨가하면서 반응 시켰다. 안정화에 적합한 연화점을갖는 핏치를 제조하기 위하여 승온속도 5℃/분으로 340℃까지 승온시킨 후 2시간 동안 유지시키고 그 후 N2로 13시간 동안 불어넣어서 연화점이 263℃의 방사가능한 핏치를 제조하였다. 제조된 핏치는 도 2의 방사기를 사용하여 방사섬유를 제조하였다. 제조된 섬유는 250℃에서 3시간, 270℃에서 5시간 동안 안정화시켜 안정화 섬유를 제조하였다. 그 안정화 섬유를 600℃에서 1시간 동안 탄화하였다. 표 1에는 제조된 프리커서 핏치의 반응수율과 탄화수율을 요약하였다. 이렇게 하여 제조된 안정화 섬유를 탄화하였고 그 투과전자현미경(TEM) 사진은 도 3 (b)와 같다. 상기 사진에서 결정화되지 않은 Al 금속이 섬유표면 쪽에서 분산되어 있는것이 관찰되었다. 탄화된 탄화섬유는 900℃에서 30분 동안 H2O/N2혼합가스(혼합비 4/10)를 사용하여 활성화 하였다. 도 5 (b)는 이와 같이 활성화된 섬유의 주사전자현미경(SEM)의 사진이다. 제조한 활성탄소섬유의 특성은 표 2와 같다.Coal tar pitch is first pulverized with a mill and then dissolved in tetrahydrofuran (THF) to remove primary quinoline insoluble material to produce a pitch (TSP) having a softening point of 85 ° C. 3 wt% AlCl 3 was uniformly dispersed with respect to 150 g of the prepared TSP, and reacted with 15 wt% Br 2 using the reactor shown in FIG. 1. In order to prepare a pitch having a softening point suitable for stabilization, the temperature was raised to 340 ° C. at a heating rate of 5 ° C./min, maintained for 2 hours, and then blown for 13 hours with N 2 to produce a radiant pitch of 263 ° C. . The prepared pitch was used to prepare the spinning fiber using the spinning machine of FIG. 2. The prepared fibers were stabilized at 250 ° C. for 3 hours and at 270 ° C. for 5 hours to prepare stabilized fibers. The stabilized fiber was carbonized at 600 ° C. for 1 hour. Table 1 summarizes the reaction yield and the carbonization yield of the prepared precursor pitch. The stabilized fiber thus produced was carbonized and its transmission electron microscope (TEM) photograph is shown in FIG. 3 (b). In the photograph, it was observed that Al metal which was not crystallized was dispersed on the fiber surface side. Carbonized carbonized fibers were activated using H 2 O / N 2 mixed gas (mix ratio 4/10) at 900 ° C. for 30 minutes. Figure 5 (b) is a photograph of a scanning electron microscope (SEM) of the fiber thus activated. The properties of the prepared activated carbon fibers are shown in Table 2.

실시예 3Example 3

콜타르 핏치를 분쇄기로 일차분쇄 후 테트라하이드로퓨란(THF)에 용해시켜 1차 퀴놀린 불용성 물질을 제거하여 연화점 85℃의 핏치(TSP)를 제조한다. 제조된 TSP 150g에 대하여 3중량%의 FeCl3를 고르게 분산시킨 후 도 1에 나타낸 반응장치를 이용해 15중량% Br2를 첨가하면서 반응 시켰다. 안정화에 적합한 연화점을 갖는 핏치를 제조하기 위하여 승온속도 5℃/분으로 340℃까지 승온시킨 후 1시간동안 유지시키고 그 후 N2로 8시간 동안 불어넣어서 연화점이 302.5℃의 방사가능한 핏치를 제조하였다. 제조된 핏치는 도 2의 방사기를 사용하여 방사섬유를 제조하였다. 제조된 섬유는 300℃에서 3시간 동안 안정화시켜 안정화 섬유를 제조하였다. 그 안정화 섬유를 600℃에서 1시간 동안 탄화하였다. 표 1에는 제조된 프리커서 핏치의 반응수율과 탄화수율을 요약하였다. 이렇게 하여 제조된 안정화 섬유를 탄화하였고 그 투과전자현미경(TEM) 사진은 도 3 (c)와 같다. 상기 사진에서 섬유표면적 쪽에 Fe 금속들이 클러스터를 형성하면서 분산되어 존재하는 것이 관찰되었다. 탄화된 탄화섬유는 900℃에서 30분 동안 H2O/N2혼합가스(혼합비 4/10)를 사용하여 활성화 하였다. 도 5 (c)는 이와 같이 활성화된 섬유의 주사전자현미경(SEM)의 사진이다. 제조한 활성탄소섬유의 특성은 표 2와 같다.Coal tar pitch is first pulverized with a mill and then dissolved in tetrahydrofuran (THF) to remove primary quinoline insoluble material to produce a pitch (TSP) having a softening point of 85 ° C. 3 wt% of FeCl 3 was uniformly dispersed with respect to 150 g of the prepared TSP, and then reacted with 15 wt% of Br 2 using the reactor shown in FIG. 1. In order to prepare a pitch having a softening point suitable for stabilization, the temperature was raised to 340 ° C. at a heating rate of 5 ° C./min, maintained for 1 hour, and then blown for 8 hours with N 2 to produce a spinable pitch of 302.5 ° C. . The prepared pitch was used to prepare the spinning fiber using the spinning machine of FIG. 2. The prepared fibers were stabilized at 300 ° C. for 3 hours to prepare stabilized fibers. The stabilized fiber was carbonized at 600 ° C. for 1 hour. Table 1 summarizes the reaction yield and the carbonization yield of the prepared precursor pitch. The stabilized fiber thus produced was carbonized and its transmission electron microscope (TEM) photograph is shown in FIG. 3 (c). In the photograph, it was observed that Fe metals were dispersed in clusters on the fiber surface area. Carbonized carbonized fibers were activated using H 2 O / N 2 mixed gas (mixing ratio 4/10) at 900 ° C. for 30 minutes. Figure 5 (c) is a photograph of a scanning electron microscope (SEM) of the fiber thus activated. The properties of the prepared activated carbon fibers are shown in Table 2.

실시예 4Example 4

탄화온도를 1000℃로 변경한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 공정 및 조건으로 활성탄소섬유를 제조하였다. 표 1에는 제조된 프리커서 핏치의 반응수율과 탄화수율을 요약 하였다. 1000℃에서 탄화처리된 투과전자현미경(TEM) 사진은 도 4 (a)와 같다. 상기 사진에서 결정화된 Br 금속이 섬유내부에서 관찰되었다. 도 6 (a)는 1000℃에서 탄화후 활성화된 섬유의 주사전자현미경(SEM) 사진이다. 제조한 활성탄소섬유의 특성은 표 2와 같다.Activated carbon fiber was prepared in the same process and conditions as in Example 1 except that the carbonization temperature was changed to 1000 ° C. Table 1 summarizes the reaction yield and the carbonization yield of the prepared precursor pitch. A transmission electron microscope (TEM) photograph carbonized at 1000 ° C. is shown in FIG. 4 (a). Crystallized Br metal in the photo was observed inside the fiber. Figure 6 (a) is a scanning electron microscope (SEM) photograph of the activated fiber after carbonization at 1000 ℃. The properties of the prepared activated carbon fibers are shown in Table 2.

실시예 5Example 5

탄화온도를 1000℃로 변경한 것을 제외하고는 실시예 2와 동일한 공정 및 조건으로 활성탄소섬유를 제조하였다. 표 1에는 제조된 프리커서 핏치의 반응수율과 탄화수율을 요약 하였다. 1000℃에서 탄화처리된 투과전자현미경(TEM) 사진은 도 4 (b)와 같다. 상기 사진에서 결정화된 Al 금속이 클러스터 주위에 결정성의 흑연띠가 형성되어 있는 것이 관찰되었다. 도 6 (b)는 1000℃에서 탄화후 활성화된 섬유의 주사전자현미경(SEM) 사진이다. 제조한 활성탄소섬유의 특성은 표 2와 같다.Activated carbon fibers were manufactured under the same process and conditions as in Example 2, except that the carbonization temperature was changed to 1000 ° C. Table 1 summarizes the reaction yield and the carbonization yield of the prepared precursor pitch. A transmission electron microscope (TEM) photograph carbonized at 1000 ° C. is shown in FIG. 4 (b). It was observed that crystalline graphite bands were formed around the cluster of the Al metal crystallized in the photograph. Figure 6 (b) is a scanning electron microscope (SEM) photograph of the activated fiber after carbonization at 1000 ℃. The properties of the prepared activated carbon fibers are shown in Table 2.

실시예 6Example 6

탄화온도를 1000℃로 변경한 것을 제외하고는 실시예 3과 동일한 공정 및 조건으로 활성탄소섬유를 제조하였다. 표 1에는 제조된 프리커서 핏치의 반응수율과 탄화수율을 요약 하였다. 1000℃에서 탄화처리된 투과전자현미경(TEM) 사진은 도 4 (c)와 같다. 상기 사진에서 결정화된 Fe 금속 주위에 고결정성의 흑연화 띠가 형성되어 있는 것이 관찰되었다. 도 6 (c)는 1000℃에서 탄화후 활성화된 섬유의 주사전자현미경(SEM) 사진이다. 제조한 활성탄소섬유의 특성은 표 2와 같다.Activated carbon fiber was prepared in the same process and conditions as in Example 3 except that the carbonization temperature was changed to 1000 ° C. Table 1 summarizes the reaction yield and the carbonization yield of the prepared precursor pitch. A transmission electron microscope (TEM) photograph carbonized at 1000 ° C. is shown in FIG. 4 (c). In the photograph, it was observed that a highly crystalline graphitized band was formed around the crystallized Fe metal. Figure 6 (c) is a scanning electron microscope (SEM) photograph of the activated fiber after carbonization at 1000 ℃. The properties of the prepared activated carbon fibers are shown in Table 2.

비교실시예 1Comparative Example 1

콜타르 핏치를 분쇄기로 일차분쇄 후 테트라하이드로퓨란(THF)에 용해시켜 1차 퀴놀린 불용성 물질을 제거하여 연화점 85℃의 핏치(TSP)를 제조한다. 제조된 TSP 150g을 도 1에 나타낸 반응장치를 이용해 15중량% Br2를 첨가하면서 반응 시켰다. 안정화에 적합한 연화점을 갖는 핏치를 제조하기 위하여 승온속도 5℃/분으로 340℃까지 승온시킨 후 2시간 동안 유지시키고 그 후 N2로 10시간 동안 불어넣어서 연화점이 253.8℃의 방사가능한 핏치를 제조하였다. 제조된 핏치는 도 2의 방사기를 사용하여 방사섬유를 제조하였다. 제조된 섬유는 240℃에서 3시간, 300℃에서 3시간 동안 안정화시켜 안정화 섬유를 제조하였다. 그 안정화 섬유를 600℃에서 1시간 동안 탄화하였다. 표 1에는 제조된 프리커서 핏치의 반응수율과 탄화수율을 요약하였다. 이렇게 하여 제조된 안정화 섬유를 탄화하였고 그 투과전자현미경(TEM) 사진은 도 3 (d)와 같다. 상기 사진에서는 등방성 탄소섬유 구조를 보여주고 있다. 탄화된 탄화섬유는 900℃에서 30분 동안 H2O/N2혼합가스(혼합비 4/10)를 사용하여 활성화 하였다. 도 5 (d)는 이와 같이 활성화된 섬유의 주사전자현미경(SEM)의 사진이다. 제조한 활성탄소섬유의 특성은 표 2와 같다.Coal tar pitch is first pulverized with a mill and then dissolved in tetrahydrofuran (THF) to remove primary quinoline insoluble material to produce a pitch (TSP) having a softening point of 85 ° C. The prepared TSP 150g was reacted while adding 15% by weight of Br 2 using the reactor shown in FIG. 1. In order to produce a pitch having a softening point suitable for stabilization, a radiating pitch of 253.8 ° C. was prepared by raising the temperature to 5 ° C./min to 340 ° C. and maintaining it for 2 hours, and then blowing with N 2 for 10 hours. . The prepared pitch was used to prepare the spinning fiber using the spinning machine of FIG. 2. The prepared fibers were stabilized at 240 ° C. for 3 hours and at 300 ° C. for 3 hours to prepare stabilized fibers. The stabilized fiber was carbonized at 600 ° C. for 1 hour. Table 1 summarizes the reaction yield and the carbonization yield of the prepared precursor pitch. The stabilized fiber thus produced was carbonized and its transmission electron microscope (TEM) photograph is shown in FIG. 3 (d). The picture shows an isotropic carbon fiber structure. Carbonized carbonized fibers were activated using H 2 O / N 2 mixed gas (mixing ratio 4/10) at 900 ° C. for 30 minutes. Figure 5 (d) is a photograph of a scanning electron microscope (SEM) of the fiber thus activated. The properties of the prepared activated carbon fibers are shown in Table 2.

비교실시예 2Comparative Example 2

탄화온도를 1000℃로 변경한 것을 제외하고는 비교실시예 1과 동일한 공정 및 조건으로 활성탄소섬유를 제조하였다. 표 1에는 제조된 프리커서 핏치의 반응수율과 탄화수율을 요약 하였다. 1000℃에서 탄화처리된 투과전자현미경(TEM) 사진은 도 4 (d)와 같다. 상기 사진에서는 등방성 탄소섬유 구조를 보여주고 있다. 도 6 (d)는 1000℃에서 탄화후 활성화된 섬유의 주사전자현미경(SEM) 사진이다. 제조한 활성탄소섬유의 특성은 표 2와 같다.Activated carbon fibers were manufactured under the same process and conditions as in Comparative Example 1 except that the carbonization temperature was changed to 1000 ° C. Table 1 summarizes the reaction yield and the carbonization yield of the prepared precursor pitch. A transmission electron microscope (TEM) photograph carbonized at 1000 ° C. is shown in FIG. 4 (d). The picture shows an isotropic carbon fiber structure. Figure 6 (d) is a scanning electron microscope (SEM) photograph of the activated fiber after carbonization at 1000 ℃. The properties of the prepared activated carbon fibers are shown in Table 2.

프리커서 핏치 반응수율 및 탄화수율Precursor pitch reaction yield and carbonization yield 구 분division 연화점(℃)Softening point (℃) 수율(%)yield(%) 프리커서 핏치 반응수율Precursor Pitch Response Yield 탄화수율Carbon yield 실시예 1Example 1 260.2260.2 74.074.0 81.081.0 실시예 2Example 2 263.0263.0 63.363.3 85.685.6 실시예 3Example 3 302.5302.5 85.285.2 68.168.1 실시예 4Example 4 260.2260.2 74.074.0 75.475.4 실시예 5Example 5 263.0263.0 63.363.3 65.465.4 실시예 6Example 6 302.5302.5 85.285.2 66.166.1 비교실시예 1Comparative Example 1 253.8253.8 62.062.0 78.778.7 비교실시예 2Comparative Example 2 253.8253.8 62.062.0 85.585.5

활성탄소섬유 특성Activated Carbon Fiber Properties 구 분division 번오프(Burn off)[%]Burn off [%] 표면적[㎡/g]Surface area [㎡ / g] 메소포아(Mespore)면적 [㎡/g]Mespoore area [㎡ / g] 미세기공(Micropore)면적 [㎡/g]Micropore area [㎡ / g] 평균포아사이즈[Å]Average pore size [Å] 실시예 1Example 1 7777 3,0123,012 1,6401,640 1,3271,327 16.016.0 실시예 2Example 2 6666 1,3971,397 869869 528528 14.814.8 실시예 3Example 3 7777 3,6763,676 2,5272,527 1,2491,249 17.017.0 실시예 4Example 4 1919 1,7391,739 -- -- 17.717.7 실시예 5Example 5 8.08.0 1,0831,083 -- -- 18.718.7 실시예 6Example 6 5.35.3 909909 -- -- 12.012.0 비교실시예 1Comparative Example 1 6060 1,1491,149 207207 942942 12.012.0 비교실시예 2Comparative Example 2 8.68.6 407407 -- -- 19.319.3

본 발명의 제조방법은 섬유의 구조파괴나 물성저하 없이도 프리커서 제조시 촉매로 사용된 금속화합물을 제거하는 공정을 생략할 수 있어서 공정이 간소화 된다. 아울러 본 발명의 활성탄소섬유에는 전체 섬유 표면적의 50% 이상에 50Å 이상의 메소포아가 형성되어 있고, 섬유 비표면적이 3,000㎡/g 이상으로 매우 높아 기존의 핏치계 등방성 활성탄소섬유에 비해 거대분자의 흡착에 유용하며 특히 캐패시터의 전극으로 매우 유용하다.The manufacturing method of the present invention can simplify the process of removing the metal compound used as a catalyst in the precursor production without destroying the structure of the fiber or degradation of physical properties. In addition, in the activated carbon fiber of the present invention, at least 50% of the total surface area of the fiber is formed at 50 kPa or more, and the specific surface area of the fiber is 3,000 m 2 / g or more, which is very high compared to the conventional pitch-based isotropic activated carbon fiber. It is useful for adsorption, especially as a capacitor electrode.

Claims (7)

비표면적이 2,000㎡/g 이상이고, 전체 표면적의 50% 이상이 기공크기가 50Å 이상인 메소포아(Mesopore)로 형성된 것을 특징으로 하는 활성탄소섬유.Activated carbon fiber, characterized in that the specific surface area is more than 2,000㎡ / g, 50% or more of the total surface area is formed of mesopore (Mesopore) having a pore size of 50Å or more. 콜타르 핏치를 촉매하에서 중축합한 후 불활성기체로 분취하여 프리커서 핏치를 제조한 다음 이를 방사하여 등방성 탄소섬유를 제조하고 계속해서 이를 안정화, 탄화 및 활성화 시켜 활성탄소섬유를 제조함에 있어서, 중축합시 루이스(Lewis)산계 금속함유 촉매와 할로겐 원소를 공촉매로 사용하고, 활성화시 H2O/N2혼합가스를 사용함을 특징으로 하는 활성탄소섬유의 제조방법.Coal tar pitch is polycondensed under a catalyst and then fractionated with an inert gas to prepare precursor pitch, which is then spun to produce isotropic carbon fibers, and then to stabilize, carbonize and activate them to produce activated carbon fibers. Lewis) A method for producing activated carbon fibers, characterized in that an acidic metal-containing catalyst and a halogen element are used as co-catalysts, and H 2 O / N 2 mixed gas is used for activation. 2항에 있어서, 프리커서 핏치 및 이를 방사한 등방성 탄소섬유 내에 금속이 함유되어 있는 것을 특징으로 하는 활성탄소섬유의 제조방법.The method according to claim 2, wherein the precursor pitch and the isotropic carbon fiber spun therein contain a metal. 2항에 있어서, 루이스산계 금속함유 촉매가 AgBr, AlCl3또는 FeCl3인 것을 특징으로 하는 활성탄소섬유의 제조방법.The method of claim 2, wherein the Lewis acid metal-containing catalyst is AgBr, AlCl 3 or FeCl 3 . 2항에 있어서, 중축합물 전체 중량대비 루이스산계 금속함유 촉매량이 3~10중량%인 것을 특징으로 하는 활성탄소섬유의 제조방법.The method according to claim 2, wherein the amount of Lewis acid-based metal-containing catalyst is 3 to 10% by weight based on the total weight of the polycondensate. 2항에 있어서, 중축합 원료로 콜타르 핏치에서 1차 퀴놀린(Primary qninoline) 불용성 물질을 제거시켜 제조되며, 85℃의 연화점을 갖는 핏치를 사용함을 특징으로 하는 활성탄소섬유의 제조방법.The method of claim 2, wherein the polycondensation raw material is prepared by removing primary qninoline insoluble material from coal tar pitch and uses a pitch having a softening point of 85 ° C. 2항에 있어서, 탄화온도가 600~1,000℃인 것을 특징으로 하는 활성탄소섬유의 제조방법.The method for producing activated carbon fibers according to claim 2, wherein the carbonization temperature is 600 to 1,000 ° C.
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