KR100396078B1 - 제올라이트 복합 활성탄소섬유 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 제올라이트 복합 활성탄소섬유 및 그 제조방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 제올라이트 복합 활성탄소섬유의 제조방법은, 연화점이 80-330℃인 피치를 사용하여, 상기 피치의 연화점보다 20-70℃만큼 높고 350℃보다 낮은 온도로 유지된 피치에 10㎛ 이하의 입도를 가진 Y형 제올라이트를 상기 피치의 중량 100에 대하여 50 중량부 이하로 첨가하고, 상기 피치 내에 상기 Y형 제올라이트가 균일하게 분산된 혼합물을 만드는 단계; 상기 피치의 연화점보다 5-50℃만큼 높고 350℃보다 낮은 온도에서 상기 혼합물을 방사하여 섬유를 만드는 단계; 상기 섬유를 공기분위기에서 200-350℃로 가열하여 안정화시키는 단계; 상기 안정화된 섬유를 1몰 이상의 농도인 수산화나트륨 수용액 또는 수산화칼륨 수용액에서 함침처리하는 단계; 및 상기 함침처리된 섬유를 550-750℃에서 10분-5시간 동안 탄화하는 단계를 포함하고, Y형 제올라이트가 활성탄소섬유의 표면을 포함하여 내부까지 균일하게 분산되어 있고, 탄화온도를 낮추어 제올라이트의 결정구조를 보존함으로써 활성화가 유지된 제올라이트 복합 활성탄소섬유 및 그 제조방법을 제공한다.
Description
본 발명은 제올라이트 복합 활성탄소섬유 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 미분쇄한 와이(Y)형 제올라이트가 균일하게 분산된 피치를 방사(紡絲)하고 안정화한 후, 이를 수산화나트륨 또는 수산화칼륨 수용액에 함침하여 탄화시킴으로써 제올라이트가 복합된 활성탄소섬유를 제조하는 방법에 관한 것이다.
활성탄소섬유는 고분자 원료물질로부터 방사하여 뽑아낸 섬유를 불활성 기체 분위기에서 연소시켜 탄소 섬유로 만들고, 이를 고온에서 산화제를 이용하여 활성화시킴으로써 제조된다. 이와 같이 제조된 활성탄소섬유는 미세 기공으로 이루어진 다공질로서 흡탈착 속도가 빠르고 비표면적이 넓기 때문에 축전기의 전극재료, 악취 또는 오염물 제거용 흡착제, 또는 촉매의 담체 등으로 사용된다. 일반적으로 활성탄소섬유는 펠트(felt) 모양, 시트(sheet) 모양, 페이퍼(paper) 모양 등의 여러 가지 형태로 가공하기가 용이하므로 기존의 활성탄에 비해 그 응용범위가 넓은 특징을 가지고 있다.
한편 제올라이트는 흡습제나 흡착제, 촉매담체 또는 촉매 등으로 사용되고있으나 그 형태가 파쇄형태 또는 조립형태이기 때문에 사용에 한계가 있는 단점이 있다. 이러한 단점을 보완하기 위한 방법으로 다공성 물질에 관한 저널(journal of porous materials), vol.3-3, p.143(1996)에는 식물성 섬유에 콜로이드상의 제올라이트 Y 박막을 입히는 방법에 의해 섬유형태로 사용하는 방법이 개시되어 있으며, AlChE journal, vol.43-11A, p.2802(1997)에는 티타늄 규산염 결정을 이용한 제올라이트 섬유 및 박막을 제조하는 방법이 개시되어 있다. 그밖에도 유리섬유의 표면에 제올라이트 박막을 입혀 섬유상으로 하는 방법 등이 최근에 제안되고 있다.
그러나 이와 같은 방법들은 모두 제올라이트를 활성탄소섬유의 표면에 코팅하는 방법으로서 흡착제로서의 특성을 나타내는 부분이 최종 제품의 전체 무게나 부피에 비하면 단지 표면에만 국한되어 있으므로 제올라이트 박막이 코팅된 섬유의 흡착력은 제올라이트 자체의 흡착력보다 매우 낮으며, 기재(substrate) 부분은 흡착작용이나 촉매작용과는 무관하고 단지 담체로서 작용할 뿐이다.
이를 해결하기 위해서 본 발명자는 1998년 특허출원 제56295호에서 제올라이트의 일종인 모더나이트를 등방성 피치 중에 분산시켜 방사한 것을 활성탄소섬유화함으로써 모더나이트를 섬유상으로 취급할 수 있으며, 이로 인해 활성탄소섬유의 장점과 모더나이트의 장점을 동시에 가지는 모더나이트 복합 활성탄소섬유 흡착제를 제조하는 방법을 제안한 바 있다.
그러나 이 방법은 열적 안정성이 양호한 모더나이트와의 복합체의 제조에 적용되는 것으로서 모더나이트보다 열적 안정성이 낮은 Y형 제올라이트를 700-800℃로 열처리하는 경우 결정구조가 파괴되어 최종 제품의 활성이 제거되기 때문에 열적 안정성이 낮은 제올라이트에는 적용할 수 없는 단점이 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 그 목적은 제올라이트가 활성탄소섬유의 표면에만 코팅된 것이 아니라 내부에도 균일하게 분산되어 있고, 탄화온도를 낮추어 제올라이트의 결정구조를 보존함으로써 활성이 유지되는 제올라이트 복합 활성탄소섬유 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 제올라이트 복합 활성탄소섬유의 제조방법은, 연화점이 80-330℃인 피치를 사용하여, 상기 피치의 연화점보다 20-70℃만큼 높으면서도 350℃보다는 낮은 온도로 유지된 피치에 10㎛ 이하의 입도를 가진 Y형 제올라이트를 상기 피치의 중량 100에 대하여 50 중량부 이하로 첨가하고, 상기 피치 내에 상기 Y형 제올라이트가 균일하게 분산된 혼합물을 만드는 단계; 상기 피치의 연화점보다 5-50℃만큼 높으면서도 350℃보다는 낮은 온도에서 상기 혼합물을 방사하여 섬유를 만드는 단계; 상기 섬유를 공기분위기에서 200-350℃로 가열하여 안정화시키는 단계; 상기 안정화된 섬유를 1몰 이상의 농도인 수산화나트륨 수용액에서 함침처리하는 단계; 및 상기 함침처리된 섬유를 550-750℃에서 10분-5시간 동안 탄화하는 단계를 포함한다.
이 때 상기 수산화나트륨 수용액 대신에 수산화칼륨 수용액을 사용할 수도 있다.
또한 상기 함침처리한 후에는 섬유를 건조시키는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 탄화한 후에는 섬유를 물로 세척하고 건조시키는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명에 따른 제올라이트 복합 활성탄소섬유 및 그 제조방법에 대해 상세히 설명한다.
본 발명에서는 연화점이 80-330℃인 피치를 사용한다. 만약 연화점이 80℃ 미만이면 방사가 곤란하며, 비록 방사가 된다 하더라도 탄화수율이 너무 낮아서 최종 제품의 강도 유지가 곤란하며, 연화점이 330℃를 초과하면 Y형 제올라이트를 균일하게 분산시킬 수 있는 최소 온도인 350℃ 정도로 가열할 때 코크스화가 일어나 방사가 불가능해진다. 따라서, 본 발명에서 사용된 피치는 연화점이 80-330℃인 것이 바람직하다.
상기한 피치의 원료로는 석유계나 석탄계 모두를 사용할 수 있으며, 또한 본 발명에서는 등방성 및 이방성 피치 모두를 사용할 수 있다. 이방성 피치의 경우에는 안정화한 전구체의 구조가 이흑연화성의 조직구조를 가지고 있어서 활성화 온도인 550-750℃ 정도로 열처리할 경우 결정화되므로 등방성의 피치에 비하여 상대적으로 기공을 형성하기가 어렵긴 하지만 수산화나트륨 또는 수산화칼륨의 작용에 의해 부분적으로 활성화가 일어나기 때문에 사용이 가능하다. 등방성 피치의 경우에는 상대적으로 기공의 형성이 용이하므로 보다 더 큰 비표면적을 갖는 복합 활성탄소섬유를 제조할 수 있다. 이와 같이 이방성 피치를 사용하면 등방성 피치를 사용한 경우보다 비표면적은 저하될 수 있으나 인장강도나 탄성율과 같은 기계적 물성은 더 우수한 복합 활성탄소섬유를 얻는다.
Y형 제올라이트는 제품의 특성에 따라 필요한 성질의 것을 사용할 수 있으나 다만 입자의 크기는 10 ㎛ 이하인 것이 바람직한데, 이는 통상적인 피치계 활성탄소섬유의 제조를 위한 피치섬유의 직경이 20 ㎛ 정도이므로 10 ㎛ 이상인 경우 방사과정에서 피치섬유의 강도저하로 인한 단사가 초래되어 방사공정이 곤란해지는 문제점이 있기 때문이다. 따라서 Y형 제올라이트의 입자 크기가 작을수록 방사가 용이하고 또한 피치 중에 균일하게 분산 유지되어 우수한 물성을 갖는 복합 활성탄소섬유를 제조할 수 있으므로, 가급적이면 입자 크기가 작은 Y형 제올라이트를 사용하는 것이 좋다.
본 발명에 따른 제올라이트 복합 활성탄소섬유를 제조하기 위해 먼저, 상기한 바와 같은 피치에 상기한 바와 같은 Y형 제올라이트를 첨가한다. Y형 제올라이트의 첨가량은 피치의 중량 100에 대해 50 중량부 이하로 하는 것이 좋은데, 이는 Y형 제올라이트를 50 중량부 이상 첨가하면 피치 중에 균일하게 분산되기가 어려우며 균일하게 분산된다 하더라도 방사과정에서 피치 섬유의 강도가 저하되어 단사가 일어나게 되며 또한 제조 후에는 활성탄소섬유의 강도가 낮아져서 쉽게 부스러지는 등 사용하기가 곤란해지기 때문이다.
피치에 Y형 제올라이트를 첨가할 때에는 피치의 연화온도보다 높게 유지된 혼합반응조에서 용융된 피치 내에 분쇄된 Y형 제올라이트를 상기한 양만큼 첨가하고 교반기로 잘 교반하여 Y형 제올라이트를 피치 중에 균일하게 분산시킨다. 이 때 혼합물의 온도는 피치의 연화온도보다 20-70℃ 만큼 높은 것이 적당하며, 만약 연화온도보다 높은 정도가 20℃ 미만이면 피치의 점도가 높으므로 Y형 제올라이트가균일하게 분산되지 못한다. 그리고 만약 연화온도보다 높은 정도가 70℃를 초과하면 피치 중의 휘발성분이 휘발하여 연화점이 높아지고 점도가 점점 낮아지게 되거나 또는 Y형 제올라이트가 교반기에 침강되어 균일하게 분산되지 못하게 된다. 그러나 교반분산시 혼합물의 온도가 350℃를 초과하면 피치의 코크스화 반응이 일어나 방사가 불가능해지므로 350℃ 이하에서 교반분산시켜야 하며 따라서 원료피치의 연화점이 330℃를 초과하는 경우에는 Y형 제올라이트가 피치 중에 분산하기 어려워지므로 원료피치의 연화점은 330℃ 이하인 것이 바람직하다.
다음으로, Y형 제올라이트가 분산된 피치를 방사하여 섬유를 제조한다. 피치를 방사할 때에는 연화점보다 5-50℃ 높은 온도에서 수행하는 것이 좋으나 그 온도가 350℃를 넘지 않는 범위에서 방사하는 것이 좋으며, 또한 방사장치 내에서 용융상태의 피치의 양은 가능한 한 적게 유지하는 것이 좋다. 또한, 방사장치 내에서 Y형 제올라이트의 균일한 분산을 위해 교반을 계속해주면 더욱 좋다. 방사할 때의 온도가 연화점보다 높은 정도가 5℃ 미만이면 점도가 너무 높아서 방사가 곤란하며, 50℃를 초과하면 점도가 지나치게 낮아져서 Y형 제올라이트 분말이 방사장치 내에서 침적되어 버리거나 방사노즐 부근에 축적되어 균일하게 방사가 되지 않거나 단사될 가능성이 있으며 또한 피치의 점도가 지나치게 높아져서 방사가 불가능해질 수도 있다. 한편 이때 사용되는 방사방법으로는 일반적인 피치의 방사방법인 용융방사(melt spinning)법이나 또는 멜트 블로잉(melt blowing)법 및 기타 통상적인 방법이 있다.
다음으로, 상기한 바와 같이 방사된 Y형 제올라이트 복합 피치섬유를 열안정화시키기 위해 통상적인 피치섬유의 안정화 방법을 이용한다. 즉, 공기 분위기에서 200-350℃ 정도로 Y형 제올라이트 복합 피치섬유를 가열함으로써 열안정화시켜 Y형 제올라이트 복합 피치섬유가 이후의 공정에서 용융되지 않도록 한다.
다음으로, 안정화된 섬유를 1몰 농도 이상의 수산화나트륨 또는 수산화칼륨 수용액에서 함침처리한다. 이 때 만약 용액의 농도가 1몰 미만인 경우에는 섬유에 함침되는 양이 너무 낮아서 후속공정인 열처리에 의해 활성화가 잘 일어나지 않는다. 나트륨을 포함하고 있는 Y형 제올라이트는 수산화나트륨 수용액을 함침하면 이온교환이 일어나지 않으나 수산화칼륨을 함침하면 칼륨과 Y형 제올라이트 내의 나트륨과의 이온교환이 일어나 칼륨치환 Y형 제올라이트로 전환하게 되므로 최종제품의 용도에 따라 함침용액을 선택하여야 한다. 이러한 함침처리로 인해 후속공정인 탄화처리시의 온도를 낮출 수 있는 것이다. 이와 같이 수산화나트륨 또는 수산화칼륨이 함침된 안정화 섬유는 이후의 취급이 용이하도록 통상적인 수분건조온도에서 건조하는 것이 바람직하다.
다음으로, 함침건조된 안정화 섬유를 550-750℃의 온도에서 10분-5시간 동안 탄화처리를 하여 탄소질 부분을 활성화시킨다. 이 때 만약 탄화온도가 550℃ 미만일 경우에는 반응온도가 너무 낮아서 반응속도가 매우 느리게 되기 때문에 바람직하지 않으며, 750℃를 초과하는 경우에는 탄소질 부분의 반응은 활발하게 일어나지만 Y형 제올라이트의 결정 구조가 파괴되어 제올라이트로서의 성능을 잃게 되므로 바람직하지 않다. 또한 탄화시간이 10분 미만일 경우에는 비록 탄화온도를 750℃ 정도로 높이더라도 반응이 충분히 일어나지 않으며, 탄화시간이 5시간을 초과하면탄화온도를 550℃ 정도로 낮추더라도 반응이 과도하게 일어나서 최종 섬유제품의 기계적인 강도가 너무 낮아지기 때문에 사용하기가 곤란해진다.
상기한 바와 같이 제조된 Y형 제올라이트 복합 활성탄소섬유는 제품의 용도에 따라서 수산화나트륨 또는 수산화칼륨을 제거하는 것이 바람직한데, 이는 적당량의 물로 세척하고 통상적인 제올라이트의 수분탈착제거 조건에서 건조하면 되며, 이로써 Y형 제올라이트 복합 활성탄소섬유의 제조가 완료된다.
이하, 본 발명의 실시예에 대해 설명한다.
실시예 1
연화점이 210℃인 등방성 콜타르 피치 100g에 20g의 Y형 제올라이트를 첨가하고 250℃로 유지한 교반기에서 충분히 교반시켜서 피치 내에 Y형 제올라이트를 균일하게 분산시켰다. 이 때 사용한 Y형 제올라이트는 일반적인 형태인 나트륨계의 것으로서 입자의 크기는 평균 3.5㎛이며 1.5㎛ 이내에 전체 중량의 80% 가량이 분포하고 있으며 0.5-7㎛ 범위에서 정규분포에 가깝게 분포되어 있는 것이며 질소흡착 비이티(BET : Brunauer-Emmett-Teller, 이하 BET라 한다) 방법에 의해 측정된 비표면적은 675㎡/g 이었다. Y형 제올라이트가 균일하게 분산된 피치를 240℃에서 용융방사하여 직경 25㎛ 정도의 섬유상으로 만들고 방사된 섬유를 공기를 유입시키면서 250℃에서 3시간 동안 열안정화시켰다. 안정화된 섬유는 3몰 농도의 수산화나트륨 수용액에서 24시간 동안 함침처리한 후 100℃에서 1시간 동안 건조하고 이를 700℃의 질소분위기에서 30분 동안 탄화하여 활성화시켰다. 이 섬유를 충분한 양의 물로 세척한 후 150℃에서 4시간 동안 건조시켜 제올라이트 복합 활성탄소섬유를제조하였다. 이 활성탄소섬유의 BET 방법에 의한 비표면적 측정 결과는 1289㎡/g 이었다.
실시예 1 의 결과 분석
실시예 1에 따라 제조된 복합 활성탄소섬유의 이론적인 비표면적은 Y형 제올라이트 부분의 비표면적과 피치섬유 부분의 비표면적 합으로 계산할 수 있다. 이 때 피치섬유 부분의 비표면적을 구하기 위해 제올라이트가 없는 일반적인 활성탄소섬유를 제조하는 실험을 다음과 같이 수행하였다.
즉, 상기한 실시예 1에서 Y형 제올라이트를 첨가하여 분산시키는 공정을 삭제하고 그 외의 공정조건은 유사하게 수행하여 제올라이트가 없는 일반적인 활성탄소섬유를 제조하였다. 즉, 연화점이 210℃인 등방성 콜타르 피치를 230℃에서 용융방사하고 방사된 피치섬유를 공기를 유입시키면서 250℃에서 3시간 동안 열안정화시켰다. 안정화된 섬유를 2몰 농도의 수산화나트륨 수용액에서 24시간 동안 함침처리한 후 100℃에서 1시간 동안 건조하고 이를 700℃의 질소분위기에서 30분 동안 탄화하여 활성화시켰다. 이 섬유를 충분한 양의 물로 세척한 후 150℃에서 4시간 동안 건조하여 활성탄소섬유를 제조하였다. 이 때 피치섬유로부터 얻어진 활성탄소섬유의 수율은 52%이었으며, 제조된 활성탄소섬유의 비표면적은 BET방법에 의해 측정한 결과 1480 ㎡/g 이었다.
상기한 수율로부터 피치섬유 부분의 양을 다음과 같이 계산할 수 있다.
피치섬유 부분의 양 : 100g × 52% = 52g
그리고, 제올라이트 복합 활성탄소섬유 내에는 20g의 Y형 제올라이트가 포함되어 있으며, 결과적으로 제올라이트 복합 활성탄소섬유의 이론적인 비표면적은 다음과 같이 계산될 수 있다.
이와 같은 이론적인 비표면적은 실시예 1에 따라 제조된 제올라이트 복합 활성탄소섬유의 실제 비표면적인 1289 ㎡/g 과 큰 차이가 없다. 이러한 결과로부터 Y형 제올라이트의 결정구조 및 세공구조의 손상이 거의 없이 Y형 제올라이트를 포함한 활성탄소섬유가 제조된 것을 확인할 수 있었다.
실시예 2
실시예 2에서는 실시예 1에서 사용한 등방성 콜타르 피치 100g에 40g의 Y형 제올라이트를 첨가하고 이후의 모든 공정을 실시예 1과 동일한 조건으로 수행하여 제올라이트 복합 활성탄소섬유를 제조하였다. 실시예 2에 따라 제조된 제올라이트 복합 활성탄소섬유의 BET 방법에 의한 비표면적은 1128㎡/g 이었다.
실시예 2의 결과 분석
실시예 1의 결과 분석과 마찬가지의 방법으로 이번에는 실시예 2의 결과를 분석하면 다음과 같다. 즉, 실시예 2에 따라 제조된 제올라이트 복합 활성탄소섬유의 이론적인 비표면적은 다음과 같이 계산될 수 있다.
이와 같은 이론적인 비표면적은 실시예 2에 따라 제조된 제올라이트 복합 활성탄소섬유의 실제 비표면적인 1128 ㎡/g 과 거의 일치한다. 이러한 결과로부터 Y형 제올라이트의 결정구조 및 세공구조의 손상이 거의 없이 Y형 제올라이트를 포함한 활성탄소섬유가 제조된 것을 확인할 수 있었다.
실시예 3
실시예 3에서는 실시예 1과 동일한 조건으로 공정을 수행하고, 다만 탄화시 600℃의 불활성 분위기에서 2시간 동안 탄화처리하여 활성화시키고, 이후에는 역시 실시예 1과 동일한 방법으로 세척 건조시켜 제올라이트 복합 활성탄소섬유를 제조하였다. 실시예 3에 따라 제조된 제올라이트 복합 활성탄소섬유의 BET 방법에 의한 비표면적은 1101㎡/g 이었다.
실시예 3의 결과 분석
실시예 3의 결과를 분석하기 위해 다음과 같은 실험을 수행하였다. 즉, 상기한 실시예 3에서 Y형 제올라이트를 첨가하여 분산시키는 공정을 삭제하고 그 외의 공정조건은 동일하게 수행하여 제올라이트가 없는 일반적인 활성탄소섬유를 제조하였다. 이 때 피치섬유를 기준으로 한 활성탄소섬유의 수율은 63%이었으며, 제조된 활성탄소섬유의 비표면적은 BET방법에 의해 측정한 결과 1221 ㎡/g 이었다.
따라서, 실시예 3에 따라 제조된 제올라이트 복합 활성탄소섬유의 이론적인 비표면적은 다음과 같이 계산될 수 있다.
이와 같은 이론적인 비표면적은 실시예 3에 따라 제조된 제올라이트 복합 활성탄소섬유의 실제 비표면적인 1101㎡/g 과 큰 차이가 없다. 이러한 결과로부터 Y형 제올라이트의 결정구조 및 세공구조의 손상이 거의 없이 Y형 제올라이트를 포함한 활성탄소섬유가 제조된 것을 확인할 수 있었다.
비교예 1
비교예 1에서는 실시예 1과 동일한 조건으로 등방성 콜타르 피치에 Y형 제올라이트를 첨가하고 이후 실시예 1과 동일한 조건의 공정을 수행하고, 다만 탄화시 800℃의 불활성 분위기에서 2시간 동안 탄화처리하여 활성화시키고, 이후에는 역시 실시예 1과 동일한 방법으로 세척 건조시켜 제올라이트 복합 활성탄소섬유를 제조하였다. 비교예 3에 따라 제조된 제올라이트 복합 활성탄소섬유의 BET 방법에 의한 비표면적은 1352㎡/g 이었다.
비교예 1의 결과 분석
비교예 1의 결과를 분석하기 위해 다음과 같은 실험을 수행하였다. 즉, 상기한 비교예 1에서 Y형 제올라이트를 첨가하여 분산시키는 공정을 삭제하고 그 외의 공정조건은 비교예 1과 동일하게 수행하여 제올라이트가 없는 일반적인 활성탄소섬유를 제조하였다. 이 때 피치섬유를 기준으로 한 활성탄소섬유의 수율은 36%이었으며, 제조된 활성탄소섬유의 비표면적은 BET방법에 의해 측정한 결과 1982 ㎡/g 이었다.
따라서, 비교예 1에 따라 제조된 제올라이트 복합 활성탄소섬유의 이론적인 비표면적은 다음과 같이 계산될 수 있다.
이와 같은 이론적인 비표면적은 비교예 1에 따라 제조된 제올라이트 복합 활성탄소섬유의 실제 비표면적인 1352㎡/g 와는 163㎡/g 정도 차이가 난다. 따라서, 실제 비표면적으로부터 다시 Y형 제올라이트의 비표면적을 구하기 위해, Y형 제올라이트의 비표면적은 Sz라 하고 이를 상기한 이론 비표면적 식에 대입하면 다음과 같다.
상기 식으로부터 구한 Sz는 218㎡/g로서, 원래의 Y형 제올라이트 비표면적인 675㎡/g의 약 32%에 불과하며, 이러한 결과로부터 탄화시 너무 높은 온도인 800℃에서 2시간 동안 활성화시키면 Y형 제올라이트의 결정구조 및 세공구조가 대부분 손상됨을 확인하였다.
비교예 2
비교예 2에서는 실시예 1에서 사용한 등방성 콜타르 피치 100g에 이번에는 60g의 Y형 제올라이트를 첨가하고 실시예 1과 같은 조건, 즉 250℃로 유지한 교반기에서 균일한 분산을 위해 충분히 교반하였다. 그 후 용융방사방법에 의해 방사를 시도하였으나, 단사로 인해 연속적인 방사가 불가능하였으며 방사노즐의 막힘현상이 일어나 섬유를 제조할 수 없었다. 이러한 결과로부터 Y형 제올라이트의 첨가량이 피치의 중량 100에 대하여 너무 많은 양인 60 중량부이면 방사가 불가능하며 섬유를 제조할 수 없음을 확인하였다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 제올라이트 복합 활성탄소섬유 및 그 제조방법에서는 표면에만 제올라이트를 입히는 종래의 방법들과는 달리 제올라이트가 균일하게 분산된 피치로부터 방사하여 제올라이트가 복합된 활성탄소섬유를 제조하기 때문에 최종 활성탄소섬유 제품의 모든 부분이 흡착제로서의 특성을 나타내는 효과가 있다.
또한, 본 발명에서는 모더나이트보다 열적 안정성이 낮은 Y형 제올라이트를 첨가하여 방사시킨 피치섬유를 수산화나트륨 또는 수산화칼륨 수용액에 함침처리함으로써 탄화온도를 550-750℃ 범위로 종래보다 낮출 수 있어서 Y형 제올라이트의 결정구조가 파괴되지 않고 활성이 그대로 유지되는 효과가 있다.
Claims (5)
- 제올라이트가 복합된 활성탄소섬유의 제조방법에 있어서,연화점이 80-330℃인 피치를 사용하여, 상기 피치의 연화점보다 20-70℃만큼 높고 350℃보다 낮은 온도로 유지된 피치에 10㎛ 이하의 입도를 가진 Y형 제올라이트를 상기 피치의 중량 100에 대하여 50 중량부 이하로 첨가하고, 상기 피치 내에 상기 Y형 제올라이트가 균일하게 분산된 혼합물을 만드는 단계;상기 피치의 연화점보다 5-50℃만큼 높고 350℃보다 낮은 온도에서 상기 혼합물을 방사하여 섬유를 만드는 단계;상기 섬유를 공기분위기에서 200-350℃로 가열하여 안정화시키는 단계;상기 안정화된 섬유를 1몰 이상의 농도인 수산화나트륨 수용액에서 함침처리하는 단계; 및상기 함침처리된 섬유를 550-750℃에서 10분-5시간 동안 탄화하는 단계를 포함하는 제올라이트 복합 활성탄소섬유의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 수산화나트륨 수용액 대신에 수산화칼륨 수용액을 사용하는 것을 특징으로 하는 제올라이트 복합 활성탄소섬유의 제조방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 함침처리한 후에는 섬유를 건조시키는 제올라이트 복합 활성탄소섬유의 제조방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 탄화한 후에는 섬유를 물로 세척하고 건조시키는 제올라이트 복합 활성탄소섬유의 제조방법.
- Y형 제올라이트가 활성탄소섬유의 표면을 포함하여 내부에까지 균일하게 분산되어 있는 제올라이트 복합 활성탄소섬유.
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