KR100389556B1 - 폐고추씨의 재활용 방법 및 이에 의해 제조된 활성탄 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폐 고추씨의 재활용 방법에 관한 것으로서, 특히 고추씨를 원료로 하여 활성탄을 제조하는 방법을 개시한다. 본 발명은 대량으로 폐기되는 고추씨를 재활용함으로써 환경적, 경제적 측면에서 유리할 뿐 아니라, 일반 원료와 비교할 때, 비표면적이 높은 고품질의 활성탄을 제조할 수 있는 효과가 있다.

Description

폐고추씨의 재활용 방법 및 이에 의해 제조된 활성탄{methods for recycling red pepper seeds and activated carbon manufactured therefrom}

본 발명은 대부분 버려지고 있는 고추씨의 재활용 방법에 관한 것으로서, 특히 고추씨를 이용하여 활성탄을 제조하는 방법 및 이에 의해 제조된 활성탄에 관한 것이다.

우리나라에서 고추는 김치 등 각종 일반음식에서 빼놓을 수 없는 재료이다.

고추는 고추가루나 고추장로서 가공되어 식습관이 현대화된 오늘날에도 여전히 다량 생산 및 소비되고 있으며, 그 연간 생산량 및 국민 1인당 연간 소비량도 계속 늘어나고 있는 실정이다(고추의 연간 생산량 : 1994년 290,398에서 1998년 322,341으로 증가, 국민 1인당 연간 소비량 : 1990년 1.8kg에서 1996년 2.4kg으로 증가). 그런데, 고추씨에는 고추의 매운 맛을 내는 성분인 캡사이신이 가장 많이들어 있게 때문에, 고추장의 제조 등을 위해 고추를 가공하는 경우, 보다 부드러운 맛을 내기 위해 대부분 고추씨를 분리시키게 된다. 특히 근래에는 고추장 등을 각 가정에도 담그는 경우보다, 공장에서 대량으로 제조하는 경우가 많은데, 이 경우 고추씨의 방출은 대량으로 이루어지게 된다.

이와 같이 대량 방출되는 고추씨는 고추씨 기름으로 만드는 경우도 있기는 하나, 그 수요가 별로 크지 않아 대부분은 별다른 용도없이 그냥 버려지는 경우가 많다.

본 발명은 이와 같이 아깝게 버려지는 대량의 고추씨를 보다 효과적으로 활용할 수 있는 방법을 마련하기 위한 것으로서, 특히 근래 환경오염으로 인하여 각종 오염물질을 거르는 필터원 재료가 되는 활성탄으로서의 고추씨의 이용가능성 및 그 구체적인 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 본 발명의 공정을 간단히 나타낸 플로우그램.

도 2는 활성화제로서 수산화칼륨을 사용한 경우의 세공크기 분포도.

도 3은 활성화제로서 수산화나트륨을 사용한 경우의 세공크기 분포도

본 발명은 상기한 목적으로 달성하기 위해, 원료고추씨를 가열건조시키는 전처리 공정, 상기 전처리 과정을 거친 고추씨를 500 내지 800 ℃에서 가열하여 탄화물을 얻는 탄화 공정, 상기 공정에서 얻어진 탄화물을 수성 활성화제에 혼합하고 소량의 물로 녹인 후, 소정 시간 가열시키는 약품활성화 공정, 및 상기 공정에서 얻어진 고추씨를 중성이 될 때가지 수회 세척한 후 가열건조하는 수세 및 가열 공정을 통해 활성탄을 제조하는 것을 특징으로 하는 고추씨의 재활용 방법을 제공한다.

본 발명은 또한, 상기 전처리 공정은 약 300-400℃에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 고추씨의 재활용 방법을 더욱 제공한다.

본 발명은 또한, 상기 약품활성화 공정에서 사용되는 활성화제는 수산화칼륨 또는 수산화나트륨인 것을 특징으로 하는 고추씨의 재활용 방법을 더욱 제공한다.

본 발명은 또한, 상기 약품활성화 공정에서 탄화물에 대한 활성화제의 혼합비율은 1:1 이상인 것을 특징으로 하는 고추씨의 재활용 방법을 더욱 제공한다.

본 발명은 또한, 상기 약품활성화 공정에서 탄화물에 대한 활성화제의 혼합비율은 1:3 이상인 것을 특징으로 하는 고추씨의 재활용 방법을 더욱 제공한다.

본 발명은 또한, 상기 약품 활성화 공정에서 가열온도는 약 700-900℃인 것을 특징으로 하는 고추씨의 재활용 방법을 더욱 제공한다.

본 발명은 또한, 상기 수세 및 건조공정에서 가열온도는 약 80-130℃인 것을 특징으로 하는 고추씨의 재활용 방법을 더욱 제공한다.

본 발명은 상기 기재의 방법에 의해 제조된 것을 특징으로 하는 활성탄을 더욱 제공한다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

활성탄이란 나무를 열분해하여 탄화된 숯에 600~900C 의 수증기를 가하여 다시 열처리 과정을 거치게 함으로써, 더욱 활성화, 즉 더 많은 구멍이 생기게 한 것을 말한다. 이러한 활성탄은 의학적 용도로 사용되고 있고, 무취 무미한 가루형태, 입상형태로 만들어 냉장고 등의 탈취제 또는 흡착제로 사용할 뿐만 아니라 방독 마스크에도 쓰여지고 있다. 활성탄의 흡착력은 구멍이 많을수록 높은데, 활성탄은 1g당 표면적이 적어도 500m²/g(약 150평) 이상이고, 일반적으로는 1000m²/g 이상인 것을 말하고, 보다 고성능의 활성탄의 경우는 1g당 표면적이 2000m²/g(약 600평)을 초과하게 된다. 참고로 일반 백탄숯은 300m²/g(약 90평)이다.

활성탄은 원료의 종류 및 제조 공정조건에 따라 흡착특성이 다르게 된다. 일반적으로 수처리용 활성탄의 기공반경은 100∼1000Å으로 추천되고 있으나, 현재 사용되고 있는 단입자의 활성탄은 1000Å 이상의 분포를 나타내기도 하고, 원료에 따라 20Å이하의 기공이 90%이상인 경우도 많다.

본 발명은 고추씨의 재활용 수단으로서, 간단한 처리방법에 1200 - 3500m²/g 정도의 비표면적을 가지는 고성능의 활성탄을 제조하는 방법을 제공한다.

본 발명에서 활성탄 제조 공정은 전처리 공정, 탄화 공정, 약품활성화 공정 및 수세 건조의 공정으로 진행되며, 이는 도 1에 나타낸 바와 같다. 일단 수집된 고추씨는 전처리 공정을 거치게 되는데, 이 과정은 원료의 섬유 구조 내부 및 표면에 존재하는 수분 및 휘발성 물질을 제거하고, 고정 탄소의 함유량을 증가시키는 단계라고 할 수 있다. 따라서, 휘발성 물질과 불순물을 제거할 수 있는 온도 영역인 300 내지 400 ℃에서 수행한다. 이 때, 전처리 온도를 유지할 수 있도록 열판 위에서 원료를 골고루 섞어주면서 실시하는 것이 바람직하다.

전처리 과정 후에는 활성탄의 기본 세공구조를 이루는 탄화과정을 거친다. 보통 탄화공정에서 탄화는 500-800℃ 정도에서 실시된다. 한편, 탄화 온도 및 시간에 따라서 탄화물의 구조 및 특성이 다르게 나타나는데, 최적의 탄화조건 설정을 위해 각각 500℃, 600℃, 700℃ 및 800℃로 나누어 1시간 탄화시킨 결과, 700 - 800 ℃ 인 경우가 가장 적절한 것으로 나타났다. 한편, 탄화시에는 공기를 최대한 억제한 조건으로 실시하는 것이 바람직하다.

활성화 공정은 적절한 탄화조건에서 얻은 탄화물을 활성탄으로 제조하기 위한 과정이다. 숯을 활성화하여 활성탄으로 하는 방법으로는 가스활성화법 및 약품활성화법이 있으나, 본 발명에 의한 고추씨를 이용한 활성탄 제조방법에서는 약품활성화법을 이용한다. 이 때 활성화제는 주로 침식성 및 탈수성이 강한 약품을 사용하는데, 약품에 의한 강한 탈수, 침식, 산화가 일어나 탄화물의 탄소성분을 소모시켜 그 자리에 세공이 형성되도록 하는 것이다. 바람직한 활성화제는 수산화칼륨 및 수산화나트륨이다.

약품활성화 공정에서 중요하게 고려되어야 하는 점은 탄화물과 활성화제의 혼합비율이다. 본 발명자는 위에서 제시한 약품활성화제를 이용하여 탄화물에 대한 활성화제의 중량비율을 1:1 내지 및 1:3으로 하여 혼합하고, 증류수를 소량 가하여 약품을 녹인 후, 전기로를 이용하여 700-900℃에서 활성화시킨다.

이에 의해 얻어진 활성화물은 증류수로 끓이면서 중성이 될 때까지 수회 세척한 후, 80-130℃에서 건조시킴으로써 활성탄을 제조한다.

본 발명자는 고추씨 탄화물과 약품활성화제 중 특히 활성화제로서 수산화나트륨 및 수산화칼륨으로 사용하고, 고추씨 탄화물과 활성화제의 비율을 1:1 내지 1:3으로 변화시켜 각각의 활성탄을 제조하고, 비표면적, 평균 세공크기, 총세공욕적을 비교하였다. 그 결과는 다음 표 1과 같다.

활성화제	혼합비율(탄화물:활성화제)	BET 비표면적(m2/g)	평균 세공 크기(Å)	총 세공 용적(cm3/g)
KOH	1:1	1250	23	0.63
KOH	1:2	1910	21	0.87
KOH	1:3	3500	17	1.53
NaOH	1:1	1050	25	0.51
NaOH	1:2	1910	19	1.14
NaOH	1:3	3500	17	1.43

제조된 활성탄은 1050-3500(m²/g) 범위의 비표면적을 가졌으며, 수산화 칼륨을 활성화제로 사용하였을 때, 더 큰 비표면적의 값을 가졌다. 총세공용적은 0.51 내지 1.53m²/g 으로 측정되었고, 평균 세공크기는 17 내지 25 Å로 분석되었다.

도 2 및 도 3는 각각 수산화칼륨 및 수산화나트륨을 활성화제로 사용한 경우의 최종 생성 활성탄의 세공크기 분포도이며, 이를 통해 미세세공 및 중간 세공의 크기 영역이 전체 세공용적 중에 높은 비율을 차지하고 있음을 볼 수 있다.

상기한 바와 같이 본 발명은 이제까지 별다른 용도 없이 폐기되어 오던 고추씨를 활성탄의 원료로서 사용하는 경우, 기존의 활성탄 재료에 비해 세공크기나 비표면적 특성이 우수한 고성능의 활성탄을 얻을 수 있는 수단을 제공한 바, 폐기에 따른 경제적 및 환경적 손실을 극복할 수 있을 뿐 아니라, 저비용으로 우수한 활성탄을 제조할 수 있는 장점이 있다.

Claims (8)

1. 원료 고추씨를 가열건조시키는 전처리 공정,

   상기 전처리 과정을 거친 고추씨를 700 내지 800 ℃에서 가열하여 탄화물을 얻는 탄화 공정,

   상기 공정에서 얻어진 탄화물을 수성 활성화제에 혼합하고 소량의 물로 녹인 후, 소정 시간 가열시키는 약품활성화 공정, 및

   상기 공정에서 얻어진 고추씨를 중성이 될 때가지 수회 세척한 후 가열건조하는 수세 및 가열 공정을 통해 활성탄을 제조하는 것을 특징으로 하는 고추씨의 재활용방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 전처리 공정은 약 300-400℃에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 고추씨의 재활용 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 약품활성화 공정에서 사용되는 활성화제는 수산화칼륨 또는 수산화나트륨인 것을 특징으로 하는 고추씨의 재활용 방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 약품활성화 공정에서 탄화물에 대한 활성화제의 혼합비율은 1:1 이상인 것을 특징으로 하는 고추씨의 재활용 방법.
5. 제4항에 있어서, 상기 약품활성화 공정에서 탄화물에 대한 활성화제의 혼합비율은 1:3 이상인 것을 특징으로 하는 고추씨의 재활용 방법..
6. 제1항에 있어서, 상기 약품 활성화 공정에서 가열온도는 약 700-900℃인 것을 특징으로 하는 고추씨의 재활용 방법.
7. 제1항에 있어서, 상기 수세 및 건조공정에서 가열온도는 약 80-130℃인 것을 특징으로 하는 고추씨의 재활용 방법.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항 기재의 방법에 의해 제조된 것을 특징으로 하는 활성탄.