KR100398409B1 - 활성탄소섬유를이용한유기염소화합물의분해방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 활성탄소섬유를 촉매로 사용하여 유기염소화합물을 분해하는 방법에 관한 것으로, 비표면적이 700㎡/g 이상인 등방성핏치계 활성탄소섬유를 촉매로 하여 200-500℃의 반응온도에서, 활성탄소섬유의 겉보기 밀도 0.1g/㎤ 및 유기염소화합물을 함유하는 기체의 부피농도 1000ppm을 기준으로, 유기염소화합물을 함유하는 기체를 5000h-1이하의 공간속도로 반응에 도입함으로써 유기염소화합물이 효과적으로 연속하여 자체 분해 제거된다.

Description

활성탄소섬유를 이용한 유기염소화합물의 분해방법
본 발명은 유기염소화합물을 분해, 제거하는 방법에 관한 것이며, 보다 상세하게는 활성탄소섬유를 사용하여 유기염소화합물을 효율적으로 자체 분해 제거하는 방법에 관한 것이다.
유기염소화합물은 농약 등의 제조시 불순물로 혼입되거나 쓰레기소각로 등에서 주로 PVC 등의 합성수지의 소각시 생성되는 유독성 물질로서 주로 폴리클로로디벤조파라다이옥신(PCDD;Dioxin), 폴리클로로디벤조푸란(PCDF), 폴리클로로비페닐(PCB) 및 테트라클로로에틸렌 등을 들 수 있는데 이는 700℃이상의 고온으로 반응시키면 분해되나 이정도의 고온으로 처리하려면 추가적인 공정 및 에너지가 소요되게 된다. 따라서 반응온도를 300℃이하의 낮은 온도로 열처리하여야 소요되는 에너지를 감소시킬 수 있다. 이에 관하여는 Hiraoka 등에 의해 Chemosphere, Vol.19, Nos.1-6, p.361-366, 1989에 허니컴형태의 백금촉매를 이용하는 방법이 제시되어 있으나 촉매특성상 처리비용이 상당히 높은 단점이 있는 것이다. 또한 Hagemmaier 등에 의해 Organohalogen Compound 3, p65-68에는 400℃이하의 온도에서 TiO2계 촉매를 이용하여 다이옥신(dioxin)을 제거하는 방법이 제시되어 있으나, 이는 촉매의 비표면적이 작아 효과적인 분해를 하기 어려운 문제가 있는 것이다.
이에 본 발명은 상기한 바와 같은 문제를 해결하고자 제안된 것으로, 본 발명이 목적은 활성탄소섬유를 촉매로 사용하여 그리고 최적의 반응조건을 선정함으로써 유기염소화합물을 효율적으로 그리고 경제적으로 연속하여 자체 분해, 제거하는 방법을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명에 의하면 비표면적이 700㎡/g이상인 등방성 핏치계 활성탄소섬유를 촉매로 하여, 200-500℃의 반응온도에서 활성탄소섬유의 겉보기 밀도 0.1g/㎤ 및 유기염소화합물을 함유하는 기체의 부피농도 1000ppm을 기준으로 유기염소화합물 함유 기체를 5000h-1이하의 공간속도로 반응에 도입하여 유기염소화합물을 연속적으로 자체 분해하는 방법이 제공된다.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명은 활성탄소섬유의 촉매작용을 이용하여 유기염소화합물을 효과적으로, 분해, 제거하는 것이다.
본 발명에서 상기 유기염소화합물 분해시 촉매로 사용되는 활성탄소섬유는 등방성핏치를 원료로 제조된 것이 바람직하다. 활성섬유탄소는 핏치계 및 PAN(polyacrydonitrile)으로 제조될 수 있으나, 핏치계가 PAN계에 비하여 저렴하며, 활성탄소섬유 제조시 수율이 우수하고 비표면적이 높은 활성탄소섬유를 제조할 수 있음으로 바람직한 것이다. 또한 상기 활성탄소섬유로 비표면적이 700㎡/g이하인 저활성도의 활성탄소섬유를 사용하면 비표면적에 따른 촉매반응면적에 따른 촉매반응면적이 작음으로 효과적으로 반응을 활성화시키지 못함으로 비표면적이 700㎡/g이상인 등방성 핏치계 활성탄소섬유를 촉매로 사용하는 것이 좋다. 이때 활성탄소섬유는 비표면적이 클수록 효과적이다.
이와같은 활성탄소섬유를 촉매로 하여 유기염소화합물을 분해하는 경우, 분해시 반응온도는 200~500℃가 바람직하다. 200℃이하의 온도에서는 촉매에 의해서도 유기염소화합물이 자체 분해되기 어려우며, 500℃이상에서는 촉매를 사용하지 않더라도 분해반응이 시작됨으로 촉매를 사용하는 잇점이 없기 때문이다.
상기한 바와 같은 촉매 및 분해반응 조건에서 분해하려는 유기염소화합물을 함유하는 기체는 기체부피농도 1000ppm을 기준으로 그리고 충진된 활성탄소섬유의 겉보기 밀도 0.1g/㎤을 기준으로 5000h-1이하의 공간속도로 반응에 도입된다.
5000h-1이상의 공간속도로 분해하려는 유기염소화합물을 함유하는 기체를 반응에 도입하여 분해반응시키는 경우에는 반응접촉시간이 충분하지 않아 반응이 효율적으로 진행되지 않으며, 공간속도가 작을수록 유기염소화합물의 분해효율이 증대된다.
분해하려는 유기염소화합물을 함유하는 기체의 부피농도를 1000ppm으로 그리고 활성섬유탄소의 겉보기 밀도를 0.1g/㎤로 규정한 것을 반응시 공간속도를 한정하기 위한 기준을 설정하기 위한 것이며, 기체의 부피농도가 증가하는 경우에는 그 증가 비율에 따라 촉매의 양 및 공간속도를 조절할 수 있다.
본 발명에 의한 방법으로 자체 분해되는 유기염소화합물의 예로는 이에 한정하는 것은 아니지만, 폴리클로로디벤조파라다이옥신, 폴리클로로디벤조푸란, 폴리클로로비페닐 및 테트라클로로에틸렌 등을 포함한다.
실시예 1
Hagenmaier 등의 Organohalogen Compound 3, p.65-68에 의거하여 모델가스로서 PCDD보다 분해되기 어려운 유기염소 화합물인 테트라하이드로에틸렌을 기화시켜 1000ppm의 농도로 유지시키고 비표면적이 1500㎡/g인 등방성핏치계 활성탄소섬유를 촉매로 하여 촉매 g당 테트라하이드로에틸렌 기체를 분당 400cc씩 공급하면서 250℃에서 분해 반응시키고 반응후 기체의 조성을 연속적으로 분석하였다. 이때의 공간속도는 2500h-1이었다. 그 결과 공급기체의 초기농도에 비하여 85% 분해됨을 나타내었다.
실시예 2
테트라클로로에틸렌을 기화시켜 1000ppm부피 농도로 유지시키고 비표면적이 1500㎡/g인 등방성 핏치계 활성탄소섬유를 촉매로 하여 촉매 g당 테트라클로로에틸렌 기체를 분당 400cc씩 공급하면서 200℃에서 분해 반응시키고 반응후 기체의 조성을 연속적으로 분석하였다. 이때의 공간속도는 2500h-1이었다. 그 결과 공급기체의 초기농도에 비하여 72% 분해됨을 나타내었다.
실시예 3
테트라하이드로에틸렌을 기화시켜 1000ppm부피 농도로 유지시키고 비표면적이 1500㎡/g인 등방성핏치계 활성탄소섬유를 촉매로 하여 테트라클로로에틸렌 기체를 분당 640cc씩 공급하면서 250℃에서 반응시키고 반응후 기체의 조성을 연속적으로 분석하였다. 이때의 공간속도는 4000h-1이었다. 그 결과 공급기체의 초기농도에 비하여 69%분해됨을 나타내었다.
실시예 4
테트라클로로에틸렌을 기화시켜 1000ppm부피농도로 유지시키고 비표면적이 1500㎡/g인 등방성핏치계 활성탄소섬유를 촉매로 하여 촉매 g 당 분당 테트라클로로에틸렌 기체를 200cc씩 공급하면서 250℃에서 분해 반응시키고 반응후 기체의 조성을 연속적으로 분석하였다. 이때의 공간속도는 1250h-1이었다. 그 결과 공급기체의 초기농도에 비하여 92% 분해됨을 나타내었다.
유기염소화합물의 분해에 활성탄소섬유를 사용함으로써 그리고 본 발명에 의한 방법의 반응조건으로 유기염소화합물을 함유하는 분해하려는 기체를 반응에 도입함으로써 유독성 유기염소화합물이 유해하지 않는 물질로 50%이상 효과적으로 자체분해 된다.

Claims (1)

  1. 비표면적이 700㎡/g 이상인 등방성핏치계 활성탄소섬유를 촉매로 하여 200-500℃의 반응온도에서, 활성탄소섬유의 겉보기 밀도 0.1g/㎤ 및 유기염소화합물을 함유하는 기체의 부피농도 1000ppm을 기준으로, 유기염소화합물을 함유하는 기체를 5000h-1이하의 공간속도로 반응에 도입함으로써 유기염소화합물을 연속적으로 자체분해하는 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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