KR100423095B1 - Method for preparing activated carbon-supported fibers using the inorganic fiber materials - Google Patents

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KR100423095B1 KR10-2002-0008918A KR20020008918A KR100423095B1 KR 100423095 B1 KR100423095 B1 KR 100423095B1 KR 20020008918 A KR20020008918 A KR 20020008918A KR 100423095 B1 KR100423095 B1 KR 100423095B1
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    • D01DMECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
    • D01D10/00Physical treatment of artificial filaments or the like during manufacture, i.e. during a continuous production process before the filaments have been collected
    • D01D10/02Heat treatment

Abstract

본 발명은 유리 섬유나 실리카 섬유와 같은 무기 섬유를 기지재로 하고 약품 활성화제로 처리된 수지 경화물을 활성화시키는 공정을 거쳐, 흡착제, 촉매 담체 및 촉매로 사용되는 활성탄소체 섬유를 제조하는 방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따라 무기 섬유 기지재상에 형성된 약품 활성화제 함유 수지 경화물을 불활성 분위기하에서 활성화시키는 단계를 포함하는 방법으로 제조된 활성탄소체 섬유는 종래 방법에 의해 제조된 활성탄소체 섬유에 비해 우수한 기공 특성을 가지면서 제조원가가 낮은 장점을 갖는다.The present invention relates to a method for producing activated carbon-based fibers used as adsorbents, catalyst carriers and catalysts through a process of activating a cured resin based on inorganic fibers such as glass fibers or silica fibers and treated with a chemical activator. As an activated carbon body fiber produced by the method comprising the step of activating a chemical activator-containing resin cured product formed on an inorganic fiber base material in an inert atmosphere according to the present invention, the activated carbon body fibers are superior to the activated carbon body fibers produced by the conventional method. It has the advantage of low manufacturing cost with characteristics.

Description

무기 섬유를 이용한 활성탄소체 섬유의 제조방법{METHOD FOR PREPARING ACTIVATED CARBON-SUPPORTED FIBERS USING THE INORGANIC FIBER MATERIALS}Method for producing activated carbon fiber using inorganic fiber {METHOD FOR PREPARING ACTIVATED CARBON-SUPPORTED FIBERS USING THE INORGANIC FIBER MATERIALS}

본 발명은 활성탄소체 섬유의 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 유리 섬유나 실리카 섬유와 같은 무기 섬유를 기지재로 사용하고 약품 활성화제로 처리된 수지 경화물을 불활성 분위기 하에서 활성화시키는 공정을 거쳐, 흡착제, 촉매 담체 및 촉매로 사용되는 활성탄소체 섬유를 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing activated carbon fibers, and more particularly, using an inorganic fiber such as glass fiber or silica fiber as a base material and activating a cured resin treated with a chemical activator under an inert atmosphere. The present invention relates to a catalyst carrier and a method for producing activated carbon fibers used as a catalyst.

일반적으로, 활성탄소섬유는 활성탄소에 비하여 미세기공이 잘 발달되어 흡착 및 탈착 속도가 빠르고 균일한 기공구조를 갖는 장점을 가지고 있다.In general, the activated carbon fiber has the advantage that the fine pores are well developed compared to the activated carbon, the adsorption and desorption rate is fast and uniform pore structure.

종래의 활성탄소섬유는 폴리아크릴로나이트릴, 핏치, 페놀 등의 고분자 원료물질로부터 얻어진 탄소섬유를 산화제를 이용하여 900∼1,500℃의 고온에서 활성화시킴으로써 제조되었으며, 이에 관해 국내ㆍ외적으로 몇몇 제조방법이 공개되어 있다. 구체적으로, 미국특허 제4,285,831호는 탄소섬유의 결정화를 야기하는 연신력을 어느 한계까지 주어서 기계적 강도가 향상된 폴리아크릴로나이트릴계 활성탄소섬유를 제조하는 방법을 개시한다. 그러나, 이 방법은 섬유내의 산소 함량의 변화를 기준으로 하여 연신력의 한계를 결정하기 때문에 보편성이 제한되어 있고, 비표면적 또한 크지 않은 단점이 있다. 또한, 일본특허공개 평4-126826호는 핏치계 재료를 사용하여 750∼1,100℃에서 활성화시켜 활성탄소 섬유를 제조하는 방법을 개시하고 있고, 대한민국특허 공개 제97-11056호는 폴리아크릴로나이트릴계 탄소 섬유를 원료로 사용하여 600∼800℃의 온도범위로 활성화시켜 활성탄소 섬유를 제조하는 방법을 개시하고 있다. 그러나 이와 같이 제조된 활성탄소섬유는, 안정화 단계; 탄화 단계; 및 활성화 단계 등을 거치므로 제조공정이 복잡하고 중간재로 사용되는 각종 탄소섬유의 가격이 높아 가격적인 면에서 그 응용이 제한되어 왔다. 또한 상기 방법은 미세기공이 잘 발달된 활성탄소섬유를 얻기 위하여 탄소섬유내 고정탄소의 기화를 수반해야 하기 때문에 탄소 수율이 낮을 뿐만 아니라 강도와 내마모성 등의 기계적 성질이 떨어지는 단점도 가지고 있다.Conventional activated carbon fibers have been prepared by activating carbon fibers obtained from polymer raw materials such as polyacrylonitrile, pitch and phenol at a high temperature of 900 to 1,500 ° C. using an oxidizing agent. Is open to the public. Specifically, U. S. Patent No. 4,285, 831 discloses a method for producing polyacrylonitrile-based activated carbon fibers with improved mechanical strength by giving stretching to a certain limit causing crystallization of carbon fibers. However, this method has a disadvantage in that the universality is limited and the specific surface area is not large because the limit of the stretching force is determined based on the change of the oxygen content in the fiber. In addition, Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-126826 discloses a method of producing activated carbon fibers by activating at 750 to 1,100 ° C using a pitch-based material, and Korean Patent Publication No. 97-11056 discloses a polyacrylonitrile system. Disclosed is a method of producing activated carbon fibers by using carbon fibers as a raw material and activating them in a temperature range of 600 to 800 ° C. However, the activated carbon fiber prepared in this way, the stabilization step; Carbonization step; And through the activation step, etc., the manufacturing process is complicated, and the price of various carbon fibers used as intermediate materials has been limited in terms of price. In addition, the method has a disadvantage in that the carbon yield is low and mechanical properties such as strength and abrasion resistance are poor, since the carbon must be accompanied by vaporization of fixed carbon in the carbon fiber in order to obtain well-developed activated carbon fiber.

따라서, 이러한 활성탄소섬유 제조방법의 단점을 보완하기 위하여 탄소섬유보다 저가 섬유 물질인 유리 섬유에 핏치나 페놀수지를 함침시켜 활성탄소체 섬유를 제조하는 방법이 시도되었으며(미국특허 제5,834,114호, 대한민국특허 공개제1999-52869호), 이에 따르면 섬유 물질의 사용으로 기계적 성질이 증진되고, 가격이 낮은 원재료의 사용으로 저가의 활성탄소체 섬유를 제조할 수 있다는 장점이 있다. 그러나 상기 방법에 따라 제조되는 활성탄소체 섬유는, 흡착능을 좌우하는 비표면적이 작거나 물리적 탄화 단계를 비롯한 기존의 제조공정을 답습함으로써 여전히 제조원가가 높은 단점을 갖고 있어, 비표면적을 증진시키고 제조공정을 단순화시킨 활성탄소체 섬유의 제조공정 개발이 절실히 요구되어 왔다.Therefore, in order to compensate for the disadvantages of the method of manufacturing activated carbon fibers, a method of manufacturing activated carbon fibers by impregnating pitch or phenol resin into glass fibers, which are inexpensive fiber materials than carbon fibers, has been attempted (US Patent No. 5,834,114, Korean Patent). Korean Patent Publication No. 1999-52869), which has advantages in that mechanical properties are improved by using fiber materials, and inexpensive activated carbon fibers can be manufactured by using raw materials having low cost. However, the activated carbon fiber produced according to the above method has a disadvantage in that the manufacturing cost is still high due to the small specific surface area which determines the adsorption capacity or by following the existing manufacturing process including the physical carbonization step, thereby improving the specific surface area and improving the manufacturing process. There is an urgent need for development of a process for producing simplified activated carbon fibers.

따라서, 본 발명의 목적은 제조공정이 단순하면서도 흡착능을 좌우하는 기공이 잘 발달되고 저가의 원재료를 사용하여 가격이 저렴한 활성탄소체 섬유를 제조하는 방법을 제공하고자 하는 것으로, 무기 섬유를 기지재로 사용하고 약품 활성화제로 처리된 수지 경화물을 불활성 분위기 하에서 활성화시킴으로써 그러한 목적을 달성할 수 있음을 알고 본 발명을 완성하게 되었다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for producing activated carbon-based fibers having low cost using raw materials having low porosity and well developed pores that influence the adsorption capacity while using a simple manufacturing process. The present invention has been completed by knowing that such a purpose can be achieved by activating a cured resin product treated with a chemical activator under an inert atmosphere.

도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 활성탄소체 섬유의 제조공정을 나타낸 블록도이고,1 is a block diagram showing a manufacturing process of activated carbon fiber according to Example 1 of the present invention,

도 2는 본 발명의 실시예 2에 따른 활성탄소체 섬유의 제조공정을 나타낸 블록도이다.Figure 2 is a block diagram showing a manufacturing process of activated carbon fiber according to Example 2 of the present invention.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는, 무기 섬유 기지재상에 형성된 약품 활성화제 함유 수지 경화물을 불활성 분위기하에서 활성화시키는 단계를 포함하는 활성탄소체 섬유의 제조방법, 보다 구체적으로, 무기 섬유 기지재 위에 수지를 함침시킨 다음 경화시키는 단계; 수득되는 경화물(green body, GB)을 약품 활성화제 수용액 중에서 처리시키는 단계; 및 수득되는 결과물을 불활성 분위기하에서활성화시키는 단계를 포함(방법 1)하거나, 또는 수지에 약품 활성화제를 처리시키는 단계; 수득되는 수지를 무기 섬유 기지재 위에 함침시킨 다음 경화시키는 단계; 및 수득되는 경화물을 불활성 분위기하에서 활성화시키는 단계를 포함(방법 2)하는, 활성탄소체 섬유의 제조방법을 제공한다.In order to achieve the above object, in the present invention, a method for producing activated carbon fiber comprising the step of activating the cured drug activator-containing resin formed on the inorganic fiber base material in an inert atmosphere, more specifically, on the inorganic fiber base material Impregnating and then curing the resin; Treating the obtained cured product (green body, GB) in an aqueous drug activator solution; And activating the resultant in an inert atmosphere (method 1), or treating the resin with a chemical activator; Impregnating the obtained resin onto an inorganic fiber matrix and then curing; And activating the obtained cured product in an inert atmosphere (method 2).

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

본 발명의 방법의 특징은 유리 섬유나 실리카 섬유와 같은 무기 섬유를 기지재로 하여 약품 활성화제로 처리된 수지 경화물을 활성화시키는 것으로서, 본 발명의 방법에 따라 비표면적이 증가되고 제조원가가 낮은 활성탄소체 섬유를 제조하기 위한, 그 제조공정이 단순화된 제조방법이 제공된다.A feature of the method of the present invention is to activate a cured resin treated with a chemical activator based on an inorganic fiber such as glass fiber or silica fiber, and according to the method of the present invention, an increase in specific surface area and low production cost There is provided a manufacturing method for producing a fiber, the production process of which is simplified.

본 발명의 방법은 도 1 또는 도 2에서 도시된 공정에서와 같이 수행된다.The process of the invention is carried out as in the process shown in FIG. 1 or FIG. 2.

본 발명에서 약품 활성화제로 처리시킨다는 것은 수지 경화물 등을 약품 활성화제 수용액 중에 함침(첨착)시키거나 수지 중에 약품 활성화제를 충전하는 것을 포함한다.Treatment with the chemical activator in the present invention includes impregnating (adhering) the cured resin or the like into the chemical activator aqueous solution or filling the chemical activator with the resin.

본 발명에서 사용되는 무기 섬유 재료로서는 가격이 저렴하고 범용화되어 있으며 불활성인 유리 섬유와 실리카 섬유가 바람직하다.As the inorganic fiber material used in the present invention, glass fibers and silica fibers which are inexpensive, widely used and inert are preferred.

본 발명에서 사용되는 수지로서는 레졸형 페놀수지 및 노볼락형 페놀수지가 바람직하며, 경화 후 이들이 갖는 가교구조는 균일한 기공 구조의 형성에 효과적이다.As the resin used in the present invention, resol type phenol resins and novolac type phenol resins are preferable, and the crosslinked structures they have after curing are effective for forming a uniform pore structure.

본 발명에서 사용되는 약품 활성화제로는 옥살산(H2C2O4), 질산(HNO3),황산(H2SO4), 질산암모늄(NH4NO3), 황산암모늄((NH4)2SO4), 황산나트륨(Na2SO4), 질산나트륨(NaNO3), 인산(H3PO4) 및 옥살산암모늄((NH4)2C2O4)으로 이루어진 군으로부터 선택된 산의 수용액, 루이스 산인 염화아연(ZnCl2), 또는 수산화칼륨(KOH), 탄산칼륨(K2CO3), 수산화나트륨(NaOH), 수산화암모늄(NH4OH), 염화나트륨(NaCl), 차아염소산나트륨(NaOCl) 및 중불화암모늄(NH4FHF)으로 이루어진 군으로부터 선택된 염의 수용액이 바람직하다. 상기 활성화제는 탄소의 활성화시 탈수소화제 (dehydrogenating agent)로서 작용하여, 모재 수지내 탄소-탄소간 가교를 형성할 뿐만 아니라 고정탄소의 기화 및 수축을 억제하여 탄소의 수율 및 미세기공의 발달을 증진시킨다.Chemical activators used in the present invention include oxalic acid (H 2 C 2 O 4 ), nitric acid (HNO 3 ), sulfuric acid (H 2 SO 4 ), ammonium nitrate (NH 4 NO 3 ), ammonium sulfate ((NH 4 ) 2 SO 4 ), an aqueous solution of an acid selected from the group consisting of sodium sulfate (Na 2 SO 4 ), sodium nitrate (NaNO 3 ), phosphoric acid (H 3 PO 4 ) and ammonium oxalate ((NH 4 ) 2 C 2 O 4 ), Lewis Zinc chloride (ZnCl 2 ), or potassium hydroxide (KOH), potassium carbonate (K 2 CO 3 ), sodium hydroxide (NaOH), ammonium hydroxide (NH 4 OH), sodium chloride (NaCl), sodium hypochlorite (NaOCl), and Preference is given to aqueous solutions of salts selected from the group consisting of ammonium bifluoride (NH 4 FHF). The activator acts as a dehydrogenating agent upon activation of carbon, which not only forms carbon-carbon crosslinking in the base resin, but also inhibits vaporization and contraction of fixed carbon, thereby enhancing carbon yield and micropore development. Let's do it.

상기 방법 1에서 약품 활성화제는 상기 수지의 중량을 기준으로 25 내지 300 중량%로 사용되는 것이 바람직하다. 중량비가 25 중량% 미만인 경우에는 활성화 후 얻어지는 활성탄소체 섬유의 비표면적이 낮기 때문에 바람직하지 못하고, 300 중량%를 초과하는 경우에는 활성화시 탄소의 기화가 활발해져서 탄소 수율이 떨어진다.In the method 1, the drug activator is preferably used at 25 to 300% by weight based on the weight of the resin. If the weight ratio is less than 25% by weight, it is not preferable because the specific surface area of the activated carbon fiber obtained after activation is low, and if it exceeds 300% by weight, carbon yield becomes active due to active vaporization of carbon during activation.

한편 방법 2에서 약품 활성화제는 상기 수지의 중량을 기준으로 10 내 200 중량%인 것이 바람직하다. 중량비가 10 중량% 미만인 경우에는 활성탄소체 섬유의 비표면적이 낮고, 200 중량%를 초과하는 경우에는 수지의 함량이 낮아 탄소 수율이 적을 뿐만 아니라 점도 상승으로 인해 함침이 불량하기 때문에 바람직하지 못하다.Meanwhile, in the method 2, the drug activator is preferably 10 to 200% by weight based on the weight of the resin. When the weight ratio is less than 10% by weight, the specific surface area of the activated carbon fiber is low, and when it exceeds 200% by weight, it is not preferable because the content of the resin is low and the impregnation is poor due to the viscosity increase.

방법 1의 약품 활성화제 함침 처리 단계에 있어서, 처리 온도는 5℃ 내지 120℃, 처리 시간은 0.5 내지 3시간이 바람직하다.In the drug activator impregnation treatment step of Method 1, the treatment temperature is preferably 5 ° C to 120 ° C, and the treatment time is 0.5 to 3 hours.

방법 2의 약품 활성화제 충전 처리 단계에 있어서, 약품 활성화제가 고상인 경우 그 용매로서는 에틸알콜과 같이 수지와 약품 활성화제를 동시에 용해시킬 수 있는 것이면 모두 사용가능하다.In the drug activator filling step of the method 2, when the drug activator is in a solid phase, any solvent can be used as long as it can dissolve the resin and the drug activator at the same time as ethyl alcohol.

상기 경화단계를 거친 경화물의 활성화는 500 내지 850℃의 온도에서 수행되는 것이 바람직하다. 활성화 온도가 500℃ 미만인 경우에는 경화물의 열분해 메카니즘에 의해 완전한 탄화 및 활성화가 이루어지지 못하고, 850℃를 초과하는 경우에는 기지재 섬유의 용융으로 인해 섬유의 형태가 붕괴되어 바람직하지 못하다.Activation of the cured product after the curing step is preferably performed at a temperature of 500 to 850 ℃. If the activation temperature is less than 500 ° C., complete carbonization and activation may not be achieved due to the pyrolysis mechanism of the cured product. If the activation temperature is higher than 850 ° C., the shape of the fiber collapses due to melting of the matrix fiber, which is not preferable.

상기 활성화 단계에서, 승온 속도는 1 내지 120℃/min인 것이 바람직하다. 승온 속도가 1℃/min 미만인 경우에는 생산성이 떨어지고, 120℃/min을 초과하는 경우에는 물성 향상에 큰 영향이 없을 뿐만 아니라 탄소 수율이 떨어진다.In the activation step, the temperature increase rate is preferably 1 to 120 ℃ / min. If the temperature increase rate is less than 1 ° C / min, productivity is lowered, and if the temperature rise rate exceeds 120 ° C / min, not only does not significantly affect the improvement of physical properties, but also the carbon yield falls.

상기 활성화 단계에서, 활성화 시간은 10분 내지 5시간인 것이 바람직하다. 상기 활성화 온도에 도달한 후 짧은 시간, 즉 10분 이상동안 활성화시킨 후 냉각을 시키는 경우에 우수한 비표면적을 갖는 활성탄소체 섬유가 얻어지지만, 5시간을 초과하는 경우에는 물성 증진 효과가 없고 경제성 측면에서도 바람직하지 못하다.In the activation step, the activation time is preferably 10 minutes to 5 hours. Activated carbon fiber having a good specific surface area is obtained in the case of activating for a short time after reaching the activation temperature, that is, for 10 minutes or more and cooling, but in case of exceeding 5 hours, there is no effect of enhancing physical properties and also in terms of economic efficiency. Not desirable

본 발명의 하기 실시예는 본 발명을 보다 명확히 이해하기 위한 것으로서 예시 목적에 불과하며 발명의 영역을 제한하고자 하는 것은 아니다.The following examples of the present invention are intended to more clearly understand the present invention and are for illustrative purposes only and are not intended to limit the scope of the invention.

[실시예 1]Example 1

도 1에 도시된 절차에 의해 활성탄소체 섬유를 제조하였다. 출발물질 및 약품 활성화제로서 각각 레졸형 페놀수지 및 염화아연(ZnCl2)을 사용하였다. 우선, 레졸형 페놀수지(입수처:강남화성(주)) 10g을 함유하는 수지 용액을 391cm2의 유리섬유에 부은 다음 룰러를 사용하여 함침시킨 후 경화 사이클에 따라 100℃에서 30분, 125℃에서 2시간, 150℃에서 30분, 180℃에서 30분동안 경화시켰다. 이렇게 수득된 경화물을, 페놀수지의 중량을 기준으로 염화아연이 25 중량% 포함되어 있는 100ml 수용액 중에 첨가한 후 25℃에서 30분동안 함침시켰다. 염화아연이 함침(첨착)된 경화물을 약 110℃에서 24시간 동안 건조시킨 후, 불활성 가스로 충전된 노(furnace)에서 활성화시켰다. 이때 활성화 온도는 500℃, 승온 속도는 1℃/min로 하였으며 활성화 온도에 도달한 후 1시간동안 활성화시킨 다음 불활성 가스 분위기 하에서 냉각하였다. 이렇게 수득된 활성탄소체 섬유로부터 잔류 유기물 등을 제거하기 위하여, 활성탄소체 섬유를 0.5N HCl 수용액으로 85℃에서 1시간 동안 세척한 다음 증류수를 이용하여 수 회 세척하고 100℃의 건조기에서 24시간 동안 건조시켜 최종 활성탄소체 섬유를 제조하였다.Activated carbon body fibers were prepared by the procedure shown in FIG. 1. Resol type phenol resins and zinc chloride (ZnCl 2 ) were used as starting materials and drug activators, respectively. First, a resin solution containing 10 g of a resol-type phenolic resin (obtained from Gangnam Hwaseong Co., Ltd.) was poured into a glass fiber of 391 cm 2 , impregnated with a ruler, and then impregnated with a ruler. 2 hours, 30 minutes at 150 ° C., 30 minutes at 180 ° C. The cured product thus obtained was added to a 100 ml aqueous solution containing 25% by weight of zinc chloride based on the weight of the phenol resin and then impregnated at 25 ° C. for 30 minutes. The cured product impregnated with zinc chloride was dried at about 110 ° C. for 24 hours and then activated in a furnace filled with an inert gas. At this time, the activation temperature was 500 ℃, the temperature increase rate was 1 ℃ / min and after reaching the activation temperature was activated for 1 hour and then cooled under an inert gas atmosphere. In order to remove residual organic matters and the like from the obtained carbonaceous fiber, the activated carbon fiber was washed with 0.5N HCl aqueous solution at 85 ° C. for 1 hour, then washed several times with distilled water and dried at 100 ° C. for 24 hours. The final activated carbon fiber was prepared.

[실시예 2]Example 2

도 2에 도시된 절차에 의해 활성탄소체 섬유를 제조하였다. 출발물질 및 약품 활성화제로서 각각 노볼락형 페놀수지 및 수산화칼륨(KOH)을 사용하였다. 우선, 노볼락형 페놀수지(입수처:강남화성(주)) 10g을 에틸알콜 30ml에 가한 후 70℃에서 30분동안 용해시킨 다음, 수산화칼륨을 페놀수지 중량 대비 50 중량%가 되도록 가한 후 다시 15분동안 혼합하였고, 다시 경화제 헥사메틸렌테트라민(hexamethylene tetramine (HMTA)) 1g을 가한 후 15분동안 혼합하여 함침용 수지 용액을 제조하였다. 경화물을 얻기 위하여 먼저 391cm2의 유리섬유에 수지 용액을 부은 다음 룰러를 사용하여 고르게 함침시킨 후 경화 사이클에 따라 100℃에서 30분, 125℃에서 2시간, 150℃에서 30분, 180℃에서 30분동안 경화시켰다. 수산화칼륨이 충전된 경화물을 약 110℃에서 24시간 동안 건조시킨 후, 불활성 가스로 충전된 노(furnace)에서 활성화시켰다. 이때 활성화 온도는 700℃, 승온 속도는 10℃/min로 하였으며, 활성화 온도에 도달한 후 2시간동안 활성화시킨 다음 불활성 가스 분위기 하에서 냉각하였다. 이렇게 수득된 활성탄소체 섬유로부터 잔류 유기물 등을 제거하기 위하여, 활성탄소체 섬유를 0.5N HCl 수용액으로 85℃에서 1시간 동안 세척한 다음 증류수를 이용하여 수 회 세척하고 100℃의 건조기에서 24시간 동안 건조시켜 최종 활성탄소체 섬유를 제조하였다.Activated carbon body fibers were prepared by the procedure shown in FIG. 2. Novolak-type phenolic resins and potassium hydroxide (KOH) were used as starting materials and drug activators, respectively. First, 10 g of novolac-type phenolic resin (obtained from Gangnam Hwaseong Co., Ltd.) was added to 30 ml of ethyl alcohol, dissolved at 70 ° C. for 30 minutes, and then potassium hydroxide was added to 50% by weight based on the weight of phenolic resin and then again. After mixing for 15 minutes, 1 g of hexamethylene tetramine (HMTA) was added thereto, followed by mixing for 15 minutes to prepare a resin solution for impregnation. To obtain a cured product, first, the resin solution is poured into 391 cm 2 glass fibers, and then impregnated evenly using a ruler, followed by curing cycle for 30 minutes at 100 ° C, 2 hours at 125 ° C, 30 minutes at 150 ° C, and 180 ° C. Cured for 30 minutes. The cured product filled with potassium hydroxide was dried at about 110 ° C. for 24 hours and then activated in a furnace filled with an inert gas. At this time, the activation temperature was 700 ℃, the temperature increase rate was 10 ℃ / min, after activating for 2 hours after reaching the activation temperature was cooled under an inert gas atmosphere. In order to remove residual organic matters and the like from the obtained carbonaceous fiber, the activated carbon fiber was washed with 0.5N HCl aqueous solution at 85 ° C. for 1 hour, then washed several times with distilled water and dried at 100 ° C. for 24 hours. The final activated carbon fiber was prepared.

[실시예 3 내지 9][Examples 3 to 9]

수지의 종류, 약품 활성화제의 종류 및 그 중량비, 및 활성화 조건을 하기 표 1에 기재된 것과 같이 실시한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 절차에 의해 최종 활성탄소체 섬유를 제조하였다.The final activated carbon fiber was prepared by the same procedure as in Example 1, except that the type of resin, the type and weight ratio of the drug activator, and the activation conditions were performed as described in Table 1 below.

[실시예 10 내지 17][Examples 10 to 17]

수지의 종류, 약품 활성화제의 종류 및 그 중량비, 및 활성화 조건을 하기 표 1에 기재된 것과 같이 실시한 것을 제외하고는, 실시예 2와 동일한 절차에 의해 최종 활성탄소체 섬유를 제조하였다.The final activated carbon fiber was prepared by the same procedure as in Example 2, except that the type of resin, the type and weight ratio of the drug activator, and the activation conditions were performed as described in Table 1 below.

[비교예][Comparative Example]

비교예로서, 약품 활성화제로 활성화되지 않는 것과 물리적 활성화법의 탄화 공정을 거치는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 절차에 의해 활성탄소체 섬유를 제조하였다.As a comparative example, the activated carbon body fibers were prepared by the same procedure as in Example 1 except that the chemical activator was not activated and subjected to the carbonization process of the physical activation method.

상기 실시예 1 내지 17 및 비교예와 같이 제조된 활성탄소체 섬유의 비표면적, 총 기공 부피, 탄소 수율 및 순수 비표면적을 각각 다음과 같이 측정하였으며, 그 결과를 각 측정값의 평균치로서 표 2에 나타내었다.Specific surface area, total pore volume, carbon yield and pure specific surface area of the activated carbon fibers prepared as in Examples 1 to 17 and Comparative Examples were measured as follows, and the results are shown in Table 2 as the average of each measured value. Indicated.

1. 수지 : 기지재 중량비1. Resin: known weight ratio

각 시료의 기지재 중량을 기준으로 하는 수지의 중량비를 알아보기 위하여 중량을 알고 있는 시료를 도가니에 넣은 다음 공기 분위기 하의 가열로(furnace)에서 4시간동안 태워 수지를 제거하였다. 이때 가열 온도는 850℃, 승온 속도는 10℃/min로 하였다. 이때 도가니에 남아 있는 기지재의 양으로부터 수지의 함량을 구하였다.In order to determine the weight ratio of the resin based on the weight of the base material of each sample, a sample having a known weight was placed in a crucible and then burned for 4 hours in a furnace under an air atmosphere to remove the resin. At this time, heating temperature was 850 degreeC and the temperature increase rate was 10 degreeC / min. At this time, the content of the resin was determined from the amount of the base material remaining in the crucible.

2. BET 비표면적 측정방법 (m2. BET specific surface area measurement method (m 22 /g)/ g)

시료 약 0.1∼0.5g을 채취하여 각 시료들을 573K에서 시료내 잔류 압력이 10-3mmHg 이하로 될 때까지 약 9∼12시간 동안 탈기(outgassing)시킨 후 다시 77K에서 상대 압력의 증가에 따른 질소 기체의 흡착량을 측정하였다. 이때 P/P0(여기서, P는 부분압력이고 P0는 포화증기압)가 0.05∼0.2 정도인 부분에서 직선의 기울기가 얻어지는데 그것으로부터 BET 비표면적을 구하였다.About 0.1 to 0.5 g of the sample was taken and each sample was outgassed for about 9 to 12 hours until the residual pressure in the sample was less than 10 -3 mmHg at 573K, and then nitrogen at 77K due to the increase in the relative pressure. The amount of adsorption of the gas was measured. At this time, the slope of the straight line was obtained at a portion of P / P 0 (where P is partial pressure and P 0 is saturated steam pressure) of about 0.05 to 0.2. From this, the BET specific surface area was obtained.

3. 총 기공 부피 (cc/g)3. Total pore volume (cc / g)

77K에서 질소를 이용하여 흡착한 경우, 상대압력 약 0.995에서 흡착된 질소의 흡착량을 Vmax(단위: cc)라 하면 이를 22,400cc로 나누어 흡착된 몰 수로 환산한 다음 여기에 질소의 몰당 부피인 34.67cc를 곱하여 구하였다.When adsorbed with nitrogen at 77K, the adsorption amount of nitrogen adsorbed at a relative pressure of about 0.995 is V max (unit: cc) divided by 22,400cc and converted to the number of moles adsorbed. Obtained by multiplying 34.67 cc.

4. 탄소 수율 (중량%)4. Carbon yield (% by weight)

본 발명으로부터 얻어진 활성탄소체 섬유의 탄소 수율은 다음과 같이 산출하였다:The carbon yield of the activated carbon fiber obtained from the present invention was calculated as follows:

탄소 수율 = [{(W 1 ×R)-W 2} /(W 1 ×R)]×100Carbon yield = [{( W 1 × R ) -W 2} / ( W 1 × R )] × 100

여기서,W 1 은 경화물의 질량,W 2 는 활성화 후 감량 질량이며 R은 경화물내 수지의 함량비이다.Here, W 1 is the mass of the cured product, W 2 is the weight loss after activation, and R is the content ratio of the resin in the cured product.

5. 순수 BET 비표면적 (m5. Pure BET Specific Surface Area (m 22 /g)/ g)

상기2.의 BET 비표면적은 기지재의 질량이 포함되어 있기 때문에 본 발명으로부터 얻어진 순수 수지만의 비표면적을 구하고자 하였으며 다음과 같이 산출하였다:Since the BET specific surface area of 2. is included in the mass of the matrix, the specific surface area of the pure resin obtained from the present invention was calculated and calculated as follows:

순수 BET 비표면적 = [(100/RA]Pure BET Specific Surface Area = [(100 / R ) × A ]

여기서,R은 수지 중량비이고A는 기지재 질량이 포함된 BET 비표면적이다.Where R is the resin weight ratio and A is the BET specific surface area including the known mass.

수지:기지재 중량비Resin: Base Weight Ratio BET 비표면적(m2/g)BET specific surface area (m 2 / g) 기공 부피(cc/g)Pore Volume (cc / g) 탄소 수율(%)Carbon yield (%) 순수 BET 비표면적(m2/g)Pure BET Specific Surface Area (m 2 / g) 실시예 1Example 1 71:2971:29 127127 0.070.07 70.170.1 438438 실시예 2Example 2 68:3268:32 229229 0.10.1 70.370.3 716716 실시예 3Example 3 70:3070:30 132132 0.070.07 65.365.3 440440 실시예 4Example 4 70:3070:30 146146 0.080.08 55.255.2 487487 실시예 5Example 5 69:3169:31 177177 0.090.09 49.849.8 571571 실시예 6Example 6 70:3070:30 135135 0.070.07 69.769.7 450450 실시예 7Example 7 70:3070:30 211211 0.10.1 58.758.7 703703 실시예 8Example 8 71:2971:29 235235 0.110.11 53.553.5 810810 실시예 9Example 9 70:3070:30 140140 0.070.07 67.267.2 467467 실시예 10Example 10 72:2872:28 198198 0.080.08 70.370.3 707707 실시예 11Example 11 70:3070:30 223223 0.090.09 68.868.8 763763 실시예 12Example 12 71:2971:29 241241 0.110.11 66.566.5 831831 실시예 13Example 13 71:2971:29 264264 0.110.11 66.066.0 910910 실시예 14Example 14 71:2971:29 316316 0.140.14 63.663.6 10901090 실시예 15Example 15 71:2971:29 340340 0.160.16 62.962.9 11721172 실시예 16Example 16 70:3070:30 378378 0.170.17 62.062.0 13031303 실시예 17Example 17 68:3268:32 464464 0.200.20 60.360.3 14501450 비교예Comparative example 71:2971:29 5050 0.080.08 5252 172172

상기 표 2에서 보는 바와 같이, 실시예 1 내지 17에서 제조된 활성탄소체 섬유는 약품 활성화제로 처리하지 않고 탄화 공정을 거친 비교예의 활성탄소체 섬유에 비해, 비표면적이 크고, 기공 용적이 높으며, 탄소 수율이 우수함을 알 수 있다.As shown in Table 2, the activated carbon fiber prepared in Examples 1 to 17 has a larger specific surface area, higher pore volume, and higher carbon yield than the activated carbon fiber of the comparative example which was subjected to a carbonization process without being treated with a chemical activator. It can be seen that this is excellent.

본 발명에 따라, 무기 섬유를 기지재로 사용하고 약품 활성화제로 처리된 수지 경화물을 활성화시켜 제조된 활성탄소체 섬유는, 기공 특성이 잘 발달되어 있고, 탄화 공정을 거치지 않을 뿐만 아니라 비교적 낮은 온도에서 약품 활성화를 시킴으로써 탄소 수율이 높고 제조원가가 낮은 효과가 있다.According to the present invention, activated carbon-based fibers prepared by using inorganic fibers as a base material and activating a resin cured product treated with a chemical activator have well developed pore properties, are not subjected to a carbonization process, and are used at relatively low temperatures. By chemical activation, the carbon yield is high and the manufacturing cost is low.

Claims (13)

무기 섬유 기지재상에 형성된 약품 활성화제 함유 수지 경화물을 불활성 분위기하에서 활성화시키는 단계를 포함하는, 활성탄소체 섬유의 제조방법.A method of producing an activated carbon body fiber comprising the step of activating a chemical activator-containing resin cured product formed on an inorganic fiber base material in an inert atmosphere. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 수지 경화물이, 무기 섬유 기지재 위에 수지를 함침시킨 다음 경화시키는 단계; 및 수득되는 경화물을 약품 활성화제 수용액 중에서 처리시키는 단계를 통하여 형성됨을 특징으로 하는 방법.Curing the resin cured product by impregnating a resin on an inorganic fiber matrix and then curing the resin; And treating the obtained cured product in an aqueous chemical activator solution. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 수지 경화물이, 수지에 약품 활성화제를 처리시키는 단계; 및 수득되는 수지를 무기 섬유 기지재 위에 함침시킨 다음 경화시키는 단계를 통하여 형성됨을 특징으로 하는 방법.Treating the resin with a chemical activator by the cured resin; And impregnating the obtained resin onto an inorganic fiber matrix and then curing. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 3, 무기 섬유 기지재가 유리 섬유 또는 실리카 섬유임을 특징으로 하는 방법.The inorganic fiber matrix is glass fiber or silica fiber. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 3, 수지가 레졸형 페놀수지 또는 노볼락형 페놀수지임을 특징으로 하는 방법.The resin is a resol type phenol resin or novolak type phenol resin. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 3, 약품 활성화제가 옥살산, 질산, 황산, 질산암모늄, 황산암모늄, 황산나트륨, 질산나트륨, 인산, 옥살산암모늄 및 염화아연으로 이루어진 군으로부터 선택된 산 또는, 수산화칼륨, 탄산칼륨, 수산화나트륨, 수산화암모늄, 염화나트륨, 차아염소산나트륨 및 중불화암모늄으로 이루어진 군으로부터 선택된 염임을 특징으로 하는 방법.The drug activator is an acid selected from the group consisting of oxalic acid, nitric acid, sulfuric acid, ammonium nitrate, ammonium sulfate, sodium sulfate, sodium nitrate, phosphoric acid, ammonium oxalate and zinc chloride, or potassium hydroxide, potassium carbonate, sodium hydroxide, ammonium hydroxide, sodium chloride, hypochlorous acid A salt selected from the group consisting of sodium chlorate and ammonium bifluoride. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 약품 활성화제의 중량이 수지의 중량을 기준으로 25 내지 300 중량%임을 특징으로 하는 방법.Weight of the drug activator is 25 to 300% by weight based on the weight of the resin. 제 3 항에 있어서,The method of claim 3, wherein 약품 활성화제의 중량이 수지의 중량을 기준으로 10 내지 200 중량%임을 특징으로 하는 방법.Weight of the drug activator is 10 to 200% by weight based on the weight of the resin. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 3, 활성화 온도가 500 내지 850℃이고, 승온 속도가 1 내지 120℃/min임을 특징으로 하는 방법.The activation temperature is 500 to 850 ° C. and the temperature increase rate is 1 to 120 ° C./min. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 3, 활성화 시간이 10분 내지 5시간임을 특징으로 하는 방법.The activation time is 10 minutes to 5 hours. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 약품 활성화제 처리 온도가 5 내지 120℃임을 특징으로 하는 방법.Wherein the drug activator treatment temperature is 5 to 120 ° C. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 약품 활성화제 처리 시간이 0.5 내지 3시간임을 특징으로 하는 방법.The drug activator treatment time is 0.5 to 3 hours. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 3, 활성화 단계에서 수득되는 결과물을 산세 및 건조시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.The method further comprises pickling and drying the resultant obtained in the activation step.
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