KR100509348B1 - A manufacturing method of activated carbon structure having a frame - Google Patents

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Abstract

본 발명은 우수한 흡착능과 강도를 갖는 활성탄소 성형체의 제조방법에 관한 것으로 활성탄소에 탄소섬유를 보강재로 첨가하고, 바인더로서 피치(Pitch)류를 사용한 활성탄소 혼합물을 골격이 삽입된 몰드에서 성형하여 탄화과정을 거쳐, 활성탄소 성형체의 내부에 보강용 골격이 존재하는 활성탄소 성형체의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing an activated carbon molded article having excellent adsorption capacity and strength, by adding carbon fiber to the activated carbon as a reinforcing material, and forming an activated carbon mixture using pitch as a binder in a mold having a skeleton inserted therein. Through a carbonization process, the present invention relates to a method for producing an activated carbon molded body in which the skeleton for reinforcement is present in the activated carbon molded body.

상기 골격은 바인더의 탄화공정에 견딜 수 있는 금속재질을 사용하며 용도에 따라 다양한 형상으로 제조가 가능하다.The skeleton uses a metal material that can withstand the carbonization process of the binder and can be manufactured in various shapes depending on the use.

Description

골격이 삽입된 활성탄소 성형체의 제조방법{A manufacturing method of activated carbon structure having a frame} A manufacturing method of activated carbon structure having a frame

본 발명은 우수한 흡착능과 강도를 갖는 활성탄소 성형체의 제조방법에 관한 것으로 활성탄소에 탄소섬유를 보강재로 첨가하고, 바인더로서 피치(Pitch)류를 사용한 활성탄소 혼합물을 골격이 삽입된 몰드에서 성형하여 탄화과정을 거쳐, 활성탄소 성형체의 내부에 보강용 골격이 존재하는 활성탄소 성형체의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing an activated carbon molded article having excellent adsorption capacity and strength, by adding carbon fiber to the activated carbon as a reinforcing material, and forming an activated carbon mixture using pitch as a binder in a mold having a skeleton inserted therein. Through a carbonization process, the present invention relates to a method for producing an activated carbon molded body in which the skeleton for reinforcement is present in the activated carbon molded body.

상기 골격은 바인더의 탄화공정에 견딜 수 있는 금속재질을 사용하며 용도에 따라 다양한 형상으로 제조가 가능하다.The skeleton uses a metal material that can withstand the carbonization process of the binder and can be manufactured in various shapes depending on the use.

활성탄소는 많은 세공에 의해 비표면적이 커서(1500㎡/g 내외) 흡착능력이 매우 우수하여 공기나 물 등의 유체 중에 함유된 유기화학물질을 제거하는데 널리 사용되고 있다.Activated carbon has a large specific surface area (about 1500 m2 / g) due to many pores, and is very used for removing organic chemicals contained in fluids such as air and water.

활성탄소를 이용하기 위해서는 입자상의 활성탄소를 담을 수 있는 그물망 등을 이용한 프레임 제작이 필수적으로 요구되었다. 이 경우 활성탄소 입자에 의한 압력손실이 불가피하고, 프레임에 활성탄소의 충진율을 조정하기가 어려워 흡착 및 반응장치의 압력손실이 큰 문제점이었다. In order to use activated carbon, it was necessary to manufacture a frame using a mesh that can contain particulate activated carbon. In this case, the pressure loss by the activated carbon particles is inevitable, and it is difficult to adjust the filling rate of the activated carbon in the frame.

각종의 흡착제나 촉매의 담체로 사용시 용기에 담아서 사용해야 하는 불편함, 분진이 날리는 등 문제점이 있었다. 또한 연속공정에 사용하기 위해서 특정한 용기에 담아 사용하여 분리를 쉽게 하는 방법으로 사용되고 있지만 활성탄소의 입자가 작을 경우 처리설비의 압력을 증가시키는 등 문제점이 있었다. When used as a carrier of various adsorbents or catalysts, there is a problem such as inconvenience to use in the container, dust blowing. In addition, it is used as a method for easy separation using a specific container for use in a continuous process, but when the particles of activated carbon are small, there is a problem such as increasing the pressure of the treatment equipment.

활성탄소의 응용범위를 확대하고자, 하니콤과 같은 필터형태의 성형체를 바인더를 이용하여 제조하거나, 입자를 크게 하는 등 여러 가지 시도가 있었다. 그러나 바인더로 사용하는 물질이 활성탄소에 그대로 남아 있어 세공을 차폐하여 현저한 비표면적 감소로 흡착성능이 떨어지는 단점이 있었다. 예로서 전분을 물에 녹여 활성탄 분말과 혼합하여 원하는 모양으로 성형 후 건조하면 형태적으로는 어느 정도 성과를 얻을 수 있었으나, 바인더로 사용한 전분이 활성탄의 세공을 차폐시키므로 비표면적의 감소가 크고, 수분이 있는 곳과 전분이 분해되는 온도 이상에서 사용할 수 없는 제한이 있다. 즉 전분 등과 같은 바인더 종류는 온도가 높고 수분이 있는 경우는 사용할 수 없다.In order to expand the application range of activated carbon, various attempts have been made, such as producing a molded article in the form of a filter such as honeycomb using a binder, or enlarging particles. However, the material used as the binder remains in the activated carbon, so that the adsorption performance is reduced due to the significant reduction of specific surface area by shielding the pores. For example, if starch is dissolved in water, mixed with activated carbon powder, molded into a desired shape and dried, the result can be achieved to a certain degree.However, since the starch used as a binder shields the pores of activated carbon, the specific surface area is greatly reduced, There is a restriction that cannot be used above this and where the starch is decomposed. That is, a binder such as starch cannot be used when the temperature is high and there is moisture.

활성탄소 성형체의 제조는 바인더 입자들이 활성탄소에서 기공의 일부를 막음으로 활성탄소의 흡착능력을 저하시킨다. 더구나, 바인더와 활성탄소간의 결합이 약하기 때문에, 바인더 사용량이 적은 경우에는 부서지는 경향이 있고 많은 경우는 비표면적의 감소가 심하여 흡착성능이 현저히 떨어진다.The production of activated carbon compacts reduces the adsorption capacity of activated carbon by the binder particles blocking some of the pores in the activated carbon. Moreover, since the binding between the binder and the activated carbon is weak, when the amount of binder used is small, there is a tendency to break, and in many cases, the specific surface area decreases severely, so that the adsorption performance is remarkably decreased.

그래서 탄화공정에서 탄소로 전환될 수 있는 바인더를 활성탄소 분말 또는 과립 형태와 혼합하여 압출 또는 압축성형하여 전체 기질을 탄소로 전환시키려는 시도를 하였다. 이러한 방법은 높은 온도에서도 사용할 수 있고, 비교적 비표면적도 감소가 적은 활성탄소 성형체의 제조가 가능하다. 바인더 물질을 사용하여 높은 온도에서 탄화시켜 제조한 성형체는 탄화과정에서 바인더 물질이 활성탄 입자를 부착하고 있는 그대로 탄화되어 고정됨으로 성형체의 강도를 유지가능하고, 높은 온도에서 휘발분이 빠져나가면서 기공을 생성하기 때문에 활성탄의 비표면적 감소가 상대적으로 적은 특징이 있다. 이러한 목적으로 주로 사용하는 바인더들은 열가소성 수지 또는 열경화성 수지류가 대표적으로 사용되었다. Therefore, an attempt was made to convert the entire substrate into carbon by extruding or compression molding a binder which can be converted into carbon in the carbonization process and mixed with activated carbon powder or granule form. This method can be used even at high temperatures, and it is possible to produce an activated carbon molded article having a relatively small decrease in specific surface area. A molded article manufactured by carbonizing at a high temperature using a binder material is carbonized and fixed as the binder material adheres to the activated carbon particles in the carbonization process, thereby maintaining the strength of the molded article, and generating pores while volatiles are released at a high temperature. Therefore, the specific surface area of activated carbon is reduced relatively. As the binders mainly used for this purpose, thermoplastic resins or thermosetting resins are typically used.

대한민국 특허 제303239호에는 탄소섬유 필터형 흡착제를 제조하기 위해 피치 또는 열경화성수지를 바인더로 사용하여 탄소섬유를 고정화시키고자 하였다. 바인더로서 피치를 사용하여 탄소섬유와 혼합하여 400℃ 온도에서 열처리하면 탄소섬유의 원료가 되는 메조페이스 고체로 전환되면서 탄소섬유를 부착시키게된다. 열처리 과정에서 피치 성분들이 열에 강한 폴리머 형태로 변환되었기 때문에 미세한 기공의 발달을 기대하기 힘들다. 이러한 이유에서 바인더로 사용하는 피치의 양이 많거나, 탄소섬유 두께가 두꺼운 경우 탄소섬유가 가지고 있는 고유한 세공을 차폐시켜 세공감소가 크게 나타나고, 이러한 경우 탄소섬유 활성화 공정에서도 표면 깊숙한 곳의 활성화가 어려워 표면적 증가가 어렵다. 또한 활성탄소 분말을 약간 첨가한 경우에도 상기에 열거한 이유로 인장강도는 크지만 표면적 감소가 크다. Korean Patent No. 303239 intends to fix carbon fibers by using pitch or thermosetting resin as a binder to prepare a carbon fiber filter type adsorbent. When pitch is mixed with carbon fiber using a pitch as a binder and heat treated at a temperature of 400 ° C., carbon fibers are attached while being converted into a mesophase solid which is a raw material of carbon fiber. It is difficult to expect the development of fine pores because the pitch components were converted into heat-resistant polymer during the heat treatment process. For this reason, when the amount of pitch used as a binder or the thickness of carbon fiber is thick, the pore reduction is large by shielding the inherent pores of the carbon fiber, and in this case, the activation of the deep surface in the carbon fiber activation process Difficult to increase surface area In addition, even when a small amount of activated carbon powder is added, the tensile strength is large, but the surface area decrease is large.

또한, 대한민국 특허 제302472호에는 무기재료 필터 또는 금속망에 열 경화성 또는 열가소성수지 등을 이용하여 활성탄소 입자를 부착하여 고온에서 열처리하여 바인더를 탄소로 전환하는 방법을 소개하였으나, 활성탄소를 금속망 등에 부착하는 양에 한계가 있고, 열경화성 수지류의 특성상 경화되면 열에 비교적 안정한 물질로 변화되어 탄화시키는데 많은 에너지 소요와 시간이 필요하여 고온에서 장시간 열처리해야 하며, 바인더들의 탄소화 수율이 피치 등에 비해 상대적으로 낮아 바인더의 양을 많이 사용함에 따른 표면적 감소가 뒤따른다. 그래서 사용하는 바인더의 양이 많으면 성형체의 강도는 증가되지만 비표면적의 감소도 커진다.In addition, Korean Patent No. 302472 introduces a method of converting a binder into carbon by attaching activated carbon particles to an inorganic material filter or a metal mesh by using a thermosetting or thermoplastic resin, and then performing heat treatment at a high temperature. There is a limit on the amount of adhesion to the back, and when cured due to the characteristics of thermosetting resins, it is converted into a material that is relatively stable to heat, which requires a lot of energy and time for carbonization, and thus heat treatment at high temperature for a long time. This is followed by a decrease in surface area due to the high use of binder. Therefore, when the amount of binder used is large, the strength of the molded body increases, but the decrease in specific surface area also increases.

이와 같이, 활성탄소 성형체의 기존의 특허들은 압출 등에 의한 성형을 용이하게 하기 위해 사용된 바인더가 활성탄소의 기공들을 차단시켜 기질의 흡착능력을 감소시킨 것들이거나, 열경화성 수지 등을 사용하여 활성탄소 입자들을 예비 열처리에 의해 고정 후 열분해하여 탄소화시키는 방법을 사용한 것들이다. 전자의 경우는 사용하는 바인더의 특성에 따라 사용온도가 다르고, 후자는 완전히 탄화되는데 시간이 오래 걸려 에너지 소모가 높은 단점이 있다. As such, the existing patents for activated carbon molded bodies are those in which the binder used to facilitate molding by extrusion or the like blocks the pores of the activated carbon to reduce the adsorption capacity of the substrate, or the activated carbon particles may be These are those using a method of carbonization by thermal decomposition after fixing by preliminary heat treatment. In the case of the former, the use temperature is different according to the characteristics of the binder to be used, and the latter has a disadvantage of high energy consumption because it takes a long time to completely carbonize.

선행기술에 의한 활성탄소 성형체 제조방법은 바인더로 액상의 물질을 사용하는 경우에는 대부분이 점성이 있는 물질들로서 혼합이 매우 어려워 온도를 높여 사용하거나, 활성탄소와의 혼합시 점성을 떨어뜨릴 목적으로 용매를 사용하거나, 바인더의 사용량을 많이 사용하였다. 그러나, 용매를 사용하는 경우 경화단계에서 경화가 잘되지 않거나, 기포발생 등으로 성형체의 모양유지가 어렵다. 또한 바인더 사용량이 많으면 가열과정에서 성형체의 형태유지가 힘들고, 탄화공정에서 잔류하는 탄소량이 많아 성형체의 강도는 높지만 활성탄소의 세공을 막아 비표면적 감소가 크다는 단점이 있다. In the method of manufacturing activated carbon molded bodies according to the prior art, when a liquid material is used as a binder, most of them are viscous materials, which are very difficult to mix, so that the temperature is increased, or the solvent is used to reduce the viscosity when mixing with activated carbon. Or a lot of binder was used. However, when the solvent is used, it is difficult to harden in the curing step, or it is difficult to maintain the shape of the molded body due to bubble generation. In addition, when the amount of binder used is large, it is difficult to maintain the shape of the molded product during the heating process, and the amount of carbon remaining in the carbonization process is high, but the strength of the molded product is high, but the specific surface area is reduced by blocking the pores of activated carbon.

이러한 방법들은 기존의 분말 또는 과립의 형태에서 많은 진보를 하게 되었지만 이렇게 제조된 탄소 형성체는 제작 가능한 크기가 작고 별도의 구조물을 제작하여 고정하여야 하는 것이 문제점으로서, 실제 장치에 적용하기 위해서 활성탄소 성형체의 크기가 대형화할 수 있도록 구조도 강하고, 온도에 대한 저항성이 있으며, 흡착량을 크게 하여 흡착장치 등의 필터류의 교환 주기를 연장해줄 수 있는 활성탄소 성형체에 대한 계속적인 요구가 있었다.These methods have made a lot of advances in the form of powder or granules, but it is a problem that the manufactured carbon formers have a small size that can be manufactured and have to be fixed by making a separate structure. There is a continuous demand for activated carbon compacts that have a strong structure, a temperature resistance, and a large adsorption amount to increase the exchange size of filters such as adsorption devices.

상기 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 활성탄소 성형체의 성형시 골격을 삽입하여 활성탄소의 흡착능력을 유지시키면서 우수한 강도를 갖는 골격이 삽입된 활성탄소 성형체를 제공하는 것을 목적으로 한다.In order to solve the above problems, it is an object of the present invention to provide an activated carbon molded body having a skeleton having an excellent strength while maintaining the adsorption capacity of the activated carbon by inserting the skeleton when forming the activated carbon molded body.

또한, 본 발명의 다른 목적은 허니컴, 판형 또는 봉형 등의 다양한 형태로 제작이 가능한 활성탄소 성형체를 제공하는 것이다. In addition, another object of the present invention is to provide an activated carbon molded article that can be manufactured in various forms such as honeycomb, plate or rod.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명자는 성형체의 내부에 보강용의 골격이 형성되어 대형으로 생산이 가능하고 강도가 높으며, 피치류의 바인더와 보강재를 활성탄소 입자와 혼합한 활성탄소 혼합물을 사용하여 비표면적의 감소가 적은 활성탄소 성형체를 제조하였다. 또한, 상기 성형체는 판형, 봉형, 하니콤형 등의 다양한 모양으로 제작이 가능한 특징을 가지고 있다.In order to achieve the above object, the inventors of the present invention can produce a large-sized structure having a skeleton for reinforcement in a molded body, and have high strength, using an activated carbon mixture in which pitch binder and reinforcing material are mixed with activated carbon particles. An activated carbon molded article having a small reduction in surface area was produced. In addition, the molded body has a feature that can be produced in a variety of shapes, such as plate, rod, honeycomb.

본 발명은 활성탄소 분말 100중량부에 대하여 바인더 5~40중량부, 보강재 5~30중량부를 혼합한 활성탄소 혼합물을 제조하는 단계; 성형몰드에 소정의 모양을 갖는 골격을 설치하는 단계; 상기 성형몰드와 골격 사이에 활성탄소 혼합물을 충진하여 성형하고 50~300℃에서 10~30분간 숙성키는 단계; 상기 숙성단계 후 400~1000℃에서 1~15시간동안 불활성가스 분위기의 가열로에서 열처리하는 탄화공정 단계; 탄화된 성형체를 불활성 가스 분위기에서 스팀 또는 이산화탄소를 주입하면서 냉각하여 활성화시키는 단계로 구성되는 골격이 삽입된 활성탄소 성형체의 제조방법에 관한 것이다. The present invention comprises the steps of preparing an activated carbon mixture of 5 to 40 parts by weight of binder and 5 to 30 parts by weight of reinforcing material based on 100 parts by weight of activated carbon powder; Installing a skeleton having a predetermined shape on the molding mold; Filling by molding the activated carbon mixture between the molding mold and the skeleton and aging for 10 to 30 minutes at 50 ~ 300 ℃; A carbonization process step of performing heat treatment in a furnace of an inert gas atmosphere for 1 to 15 hours at 400 to 1000 ° C. after the aging step; The present invention relates to a method for producing an activated carbon molded body having a skeleton inserted therein, wherein the carbonized molded body is cooled and activated while injecting steam or carbon dioxide in an inert gas atmosphere.

상기 숙성단계는 활성탄소입자와 보강재 사이에 바인더가 잘 스며들 수 있도록 하기 위한 것이다. 또한, 상기 탄화공정 단계는 산소 하에서 열처리를 수행하면 화재의 위험이 있으므로 질소 또는 아르곤과 같은 불활성 기체 분위기에서 수행하여야 한다. The aging step is to allow the binder to penetrate well between the activated carbon particles and the reinforcing material. In addition, the carbonization process step should be carried out in an inert gas atmosphere such as nitrogen or argon because there is a risk of fire if heat treatment under oxygen.

또한, 상기 활성화 단계는 탄화공정이 종료된 후 불활성 기체 하에서 스팀 또는 이산화탄소를 주입하여 탄소의 세공을 확장하거나 표면의 미반응 물질을 제거하여 비표면적과 흡착력을 높여 기존의 승온에 의한 활성화를 생략할 수 있다.In addition, the activation step is to inject steam or carbon dioxide under an inert gas after the carbonization process is completed to expand the pores of carbon or to remove the unreacted substances on the surface to increase the specific surface area and adsorption power to omit the activation by the existing elevated temperature Can be.

또한, 본 발명은 상기 바인더가 타르, 크레오소트오일, 연피치(soft pitch) 또는 하드피치(hard pitch) 중 선택된 1종 이상임을 특징으로 하는 골격이 삽입된 활성탄소 성형체의 제조방법에 관한 것이다. The present invention also relates to a method for producing an activated carbon molded body having a skeleton inserted therein, wherein the binder is at least one selected from tar, creosote oil, soft pitch, and hard pitch.

상기 바인더는 액상 또는 고상으로 사용용도에 따라 혼합 또는 단독으로 사용할 수 있으며, 보다 바람직하게는 연화점이 상온 이상인 피치를 분쇄한 분말피치를 바인더로 사용할 수 있다.The binder may be used alone or in a liquid or solid state depending on the intended use, and more preferably, a powder pitch obtained by pulverizing a pitch having a softening point of room temperature or more may be used as the binder.

바인더들을 액상으로 사용시 점도가 매우 중요한 공정 변수가 되는데, 점도조절은 온도를 높게 하거나, 30 ~ 50℃ 부근에서 액체인 크레오소트오일 등의 중질유를 피치와 혼합하여 사용함으로서 활성탄소와 바인더 사이의 유동성이 조절 가능하여 바인더들이 활성탄소와 쉽게 혼합될 수 있다. Viscosity is a very important process variable when the binders are used in the liquid phase. Viscosity control is performed by increasing the temperature or by mixing heavy oils such as creosote oil, which is a liquid, in the vicinity of 30 to 50 ° C with pitch. It is adjustable so that the binders can be easily mixed with the activated carbon.

바인더가 활성탄소 입자사이에 균일하게 분포되어야만 활성탄소 성형체의 강도가 일정하고, 비표면적 감소가 적다. 그렇지 않은 경우에는 바인더가 많이 있는 부분은 강도는 향상되는 반면 비표면적 감소가 크고 바인더가 적은 부분은 비표면적 감소는 작은 반면 성형체의 강도가 저하되는 문제점이 있다. 이러한 이유에서 연화점이 60℃이상인 피치를 바인더로 사용하면 상온에서 분말상이므로 활성탄소와 보강재 등과 매우 쉽게 균일하게 혼합될 수 있고 균일혼합된 활성탄소 혼합물의 온도를 연화점 이상으로 유지시키면, 활성탄소 혼합물의 내부에 균일하게 분포된 피치분말이 액화하여 활성탄소, 골격, 보강재 표면에 골고루 코팅므로, 액상 바인더를 사용하는 경우보다 균일하게 혼합할 수 있어 탄화공정을 거친 성형체의 품질이 일정하게 된다는 장점이 있다.Only when the binder is uniformly distributed among the activated carbon particles, the strength of the activated carbon compact is constant, and the specific surface area decreases little. Otherwise, the portion with a large number of binders has a problem that the strength of the molded article is lowered while the strength of the binder is improved while the specific surface area is reduced and the portion of the binder is small, while the specific surface area is reduced. For this reason, when a pitch having a softening point of 60 ° C. or more is used as a binder, it can be easily and uniformly mixed with activated carbon and a reinforcing material, since it is powdery at room temperature, and if the temperature of the uniformly mixed activated carbon mixture is kept above the softening point, The uniformly distributed pitch powder is liquefied and evenly coated on the surface of activated carbon, skeleton, and reinforcement material, so that it can be uniformly mixed than when using a liquid binder. .

콜타르(coal tar) 피치(pitch)는 연화점이 60~100℃로 상온에서 고체이고, 분자량이 큰 방향족 탄화수소 혼합물로 비점이 높으며, 가열시 중합반응이 진행되어 비점 없이 분해가 일어나는 특징이 있는 물질로서 구조적으로 벤젠고리가 세개 이상이며 탄소-탄소 결합형태로 직접 붙어있어 탄소/수소 비율이 1.6~1.9 정도로 매우 높은 물질로 열분해시 탄소로 전환되는 양이 많아 활성탄소 성형체 바인더로 적합한 물질이다. 이러한 피치를 바인더로 사용하면 수지를 사용하는 것보다 탄화과정에서 구성물질이 비등하여 휘발하는 양이 적어 대부분 분해되어 탄소로 전환되므로 탄소수율이 높아 적은 양으로도 성형체의 강도를 높일 수 있으며, 상대적으로 빠른 시간에 탄화가 가능하다. 또한, 탄화과정에서 일부 휘발분이 빠져나가면서 작은 세공을 형성하므로 비표면적 감소가 비교적 적다.Coal tar pitch is a solid at room temperature with a softening point of 60 ~ 100 ℃, a high molecular weight aromatic hydrocarbon mixture with high boiling point, and is characterized by decomposition without boiling due to the progress of polymerization reaction when heated. Structurally, it has three or more benzene rings and is directly attached in the form of carbon-carbon bond, so the carbon / hydrogen ratio is 1.6 ~ 1.9, which is very high. When the pitch is used as a binder, the amount of volatilization of the constituents in the carbonization process is smaller than that of the resin, and most of them are decomposed and converted into carbon, so that the strength of the molded body can be increased even with a small amount of carbon. Carbonization is possible quickly. In addition, the specific surface area decrease is relatively small since some volatiles are formed during carbonization to form small pores.

또한, 본 발명은 상기 보강재로 1~20mm 길이의 탄소섬유를 사용하는 것을 특징으로 하는 골격이 삽입된 활성탄소 성형체에 관한 것이다. 탄소섬유를 보강재로 사용하므로 바인더만을 사용하는 경우보다 우수한 강도를 가진 성형체를 제조할 수 있다.The present invention also relates to an activated carbon molded article having a skeleton inserted therein, wherein carbon fibers having a length of 1 to 20 mm are used as the reinforcing material. Since carbon fiber is used as a reinforcing material, a molded article having superior strength than that of using only a binder can be manufactured.

또한, 본 발명은 상기 골격으로 철, 스테인레스스틸, 니켈, 니켈-합금, 알루미늄 또는 구리 중 1종 이상을 사용하는 것을 특징으로 하는 골격이 삽입된 활성탄소 성형체의 제조방법에 관한 것이다.The present invention also relates to a method for producing an activated carbon molded article having a skeleton inserted therein, wherein at least one of iron, stainless steel, nickel, nickel-alloy, aluminum or copper is used as the skeleton.

뿐만 아니라, 본 발명은 상기 골격의 접착력을 높이기 위하여 거친 표면을 형성시키고 0.1㎜이상의 피치로 피막을 형성시키는 것을 특징으로 하는 골격이 삽입된 활성탄소 성형체의 제조방법에 관한 것이다. 골격은 금속과 탄소 결합력을 크게 하기 위하여 표면을 거칠게 하여 접촉면적을 크게 하고, 액상의 피치로 0.1mm 이상 피치피막을 입혀 탄화과정에서 금속 표면에 충분한 탄소피막을 형성하여 활성탄소 혼합물(12)과의 접착력을 유지할 수 있도록 하였다.In addition, the present invention relates to a method for producing an activated carbon molded body having a skeleton inserted, characterized in that to form a rough surface and to form a film with a pitch of 0.1 mm or more in order to increase the adhesion of the skeleton. In order to increase the bond strength between the metal and the carbon, the surface is roughened to increase the contact area, and a pitch film of 0.1 mm or more is applied to the liquid pitch to form a sufficient carbon film on the metal surface during carbonization. It was to be able to maintain the adhesion of.

상기 골격은 봉형(31)인 경우 직경이 1~20mm 정도이며, 관, 봉, 그물망의 형태이고, 금속판(13)인 경우는 0.1mm 이상의 철판에 10mm 이상의 원형 또는 사각형 등의 구멍이 뚫린 형태이다.The skeleton has a diameter of about 1 to 20 mm in the case of the rod-shaped 31, and is in the form of a tube, a rod, and a net, and in the case of the metal plate 13, a hole such as a round or square of 10 mm or more is punched in an iron plate of 0.1 mm or more. .

나아가, 본 발명은 상기 활성탄소 혼합물을 제조하는 단계에서 귀금속 또는 금속산화물 촉매로 사용될 수 있는 전구물질을 첨가하여 활성탄소 성형체에 담지시키는 것을 특징으로 하는 골격 있는 활성탄소 성형체의 제조방법에 관한 것이다. 상기 단계는 용도에 적합한 귀금속 물질이나 각종 금속산화물 전구체를 촉매 반응의 사용목적에 맞는 양으로 첨가하여 성형하여 촉매반응 활성물질의 전구체가 포함된 활성탄소 혼합물 성형체를 온도를 올려 바인더 탄화공정에서 귀금속 등의 활성물질의 전구체를 동시에 분해시키는 방법으로 제조할 수 있으므로 촉매 활성물질 담지공정을 생략할 수 있어 에너지절약 및 생산성향상, 원가절감의 효과가 크다.Furthermore, the present invention relates to a method for producing an activated carbon shaped article having a skeleton, characterized in that the precursor is added to the activated carbon molded article to be used as a noble metal or metal oxide catalyst in the step of preparing the activated carbon mixture. The above step is performed by adding a noble metal material or various metal oxide precursors suitable for the use in an amount suitable for the purpose of the catalytic reaction to raise the temperature of the activated carbon mixture containing the precursor of the catalytically active material to the binder carbonization process. Since it can be prepared by the method of simultaneously decomposing the precursor of the active material of the catalyst active material carrying step can be omitted, the effect of energy saving, productivity improvement, cost reduction is large.

또한, 본 발명은 상기 제조방법에 의하여 제조되며, 활성탄소 분말 100중량부에 대하여 바인더로써 타르, 크레오소트오일, 연피치(soft pitch) 또는 하드피치(hard pitch) 중 1종 이상을 5~40중량부, 보강재로써 1~20mm 길이의 탄소섬유 5~30중량부를 혼합한 활성탄소 혼합물에 골격을 합입시켜 성형되는 골격이 삽입된 활성탄소 성형체에 관한 것이다.In addition, the present invention is prepared by the above method, 5 to 40 by weight of one or more of tar, creosote oil, soft pitch (hard pitch) or hard pitch (hard pitch) as a binder based on 100 parts by weight of activated carbon powder The present invention relates to an activated carbon molded article having a skeleton inserted into the activated carbon mixture containing 5 to 30 parts by weight of carbon fiber having a length of 1 to 20 mm as a reinforcing material.

이하, 본 발명의 구성을 도면(도1~7)을 참조한 실시예를 통하여 구체적으로 설명한다. 그러나, 본 발명의 범위가 아래의 실시예의 기재에만 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the configuration of the present invention will be described in detail with reference to the embodiments with reference to the drawings (FIGS. 1 to 7). However, the scope of the present invention is not limited only to the description of the following examples.

실시예 1: 봉형 성형체Example 1: Rod-shaped molded body

본 실시예에서는 봉형의 골격(31)이 삽입된 활성탄소 성형체(30)를 제조하였다. 직경이 1~20mm인 사각 또는 원형의 봉(31)을 몰드(32,33)사이에 장치하고, 활성탄소 100중량부에 대하여 바인더 15~20중량부, 보강재 10~15중량부를 혼합한 활성탄소 혼합물(12)을 충진하여 성형한 후 몰드(32,33)를 제거하고 100℃에서 10분간 숙성하고 불활성 가스 분위기의 가열로에서 400℃의 온도에서 1시간동안 탄화시킨 후 활성화시켜서 봉형의 활성탄소 성형체를 제작하였다.In this embodiment, an activated carbon molded body 30 in which a rod-shaped skeleton 31 is inserted is manufactured. Activated carbon in which a square or circular rod 31 having a diameter of 1 to 20 mm is installed between the molds 32 and 33, and 15 to 20 parts by weight of a binder and 10 to 15 parts by weight of a reinforcement are added to 100 parts by weight of activated carbon. After filling the mixture 12, the molds 32 and 33 were removed, aged at 100 ° C. for 10 minutes, carbonized at 400 ° C. for 1 hour in a furnace with an inert gas atmosphere, and then activated to activate rod-shaped activated carbon. A molded article was produced.

상기 봉형의 활성탄소 성형체를 도 4와 같이 흡착장치의 관로에 층별로 직각으로 교차하면서 충진하여 설비의 압력손실을 줄이고 흡착량을 증가시킬 수 있는 흡착장치를 제조하였다. As the rod-shaped activated carbon molded body was filled while crossing the pipes of the adsorption apparatus at right angles as shown in FIG. 4, an adsorption apparatus was manufactured to reduce the pressure loss of the apparatus and increase the adsorption amount.

실시예 2: 허니콤형 성형체Example 2: Honeycomb Molded Body

구멍이 있는 하니콤형 활성탄소 성형체(10, 20)의 제작은 활성탄소 성형체의 셀(Cell) 또는 공기구멍(11)의 크기와 동일하거나 큰 구멍(13b)이 있는 금속망 또는 구멍이 뚫린 금속판(13)을 사용하여, 활성탄소 100중량부에 대하여 바인더 15~20중량부, 보강재 10~15중량부를 혼합한 활성탄소 혼합물(12)을 금속골격(13)과 공기구멍(11)을 형성하는 사각막대(62) 주위로 충진 후 압축한 후 몰드(32,33)를 제거하고 100℃에서 10분간 숙성하고 불활성 가스 분위기의 가열로에서 400℃의 온도에서 1시간동안 탄화시킨 후 활성화시켜서 구멍(13b) 하나에 한개 이상의 공기구멍(11)이 있는 활성탄소 하니콤 성형체(10, 20)를 제조하였다.Fabrication of the honeycomb activated carbon molded bodies 10 and 20 with holes is carried out by a metal mesh or a perforated metal plate having a hole 13b which is the same as or larger than the size of the cell or air hole 11 of the activated carbon molded body ( 13), a square for forming the metal skeleton 13 and the air hole 11 of the activated carbon mixture 12 mixed with 15 to 20 parts by weight of the binder and 10 to 15 parts by weight of the reinforcing material with respect to 100 parts by weight of the activated carbon. After filling around the rod 62 and compressing, the molds 32 and 33 were removed, aged at 100 ° C. for 10 minutes, carbonized at 400 ° C. for 1 hour in a furnace of an inert gas atmosphere, and then activated, and then the holes 13b were activated. Activated carbon honeycomb molded bodies 10 and 20 having one or more air holes 11 in each one were manufactured.

하니콤형 몰드(61, 63)는 , 활성탄소 성형체의 공기구멍을 형성시키는 사각막대(62)는 아래몰드(61)에 부착되어 있거나, 윗몰드(63) 마찬가지로 아래 몰드(61) 밑면에 사각 막대(62)가 관통할 수 있는 구멍(63a)이 뚫어져 있어, 사각막대(62)가 아래 몰드(61) 외부에서 밑면 구멍(63a)을 관통하여 아래 몰드(61)에 고정한 형태일 수 있다. In the honeycomb molds 61 and 63, the square rod 62 forming air holes of the activated carbon molded body is attached to the lower mold 61, or, like the upper mold 63, a square bar on the bottom of the lower mold 61. Since the hole 63a through which the 62 can penetrate is drilled, the rectangular bar 62 may be fixed to the lower mold 61 by penetrating the bottom hole 63a from the outside of the lower mold 61.

상기 활성탄소 하니콤 성형체(10)는 금속 골격(13) 크기에 따라 제작이 가능하므로 대형으로 제작할 수 있다. 도 3에서와 같이 활성탄소 성형체(10) 골격(13)을 고정할 수 있는 구멍(13a)을 이용하여 흡착장치의 관로, 벽 등에 쉽게 고정할 수 있어 그 용용 범위가 대단히 넓다.Since the activated carbon honeycomb molded body 10 can be manufactured according to the size of the metal skeleton 13, it can be manufactured in a large size. As shown in FIG. 3, the hole 13a for fixing the activated carbon molded body 10 skeleton 13 can be easily fixed to a pipe, a wall, or the like of the adsorption device, and thus its use range is very wide.

따라서, 본 발명은 활성탄소 분말 또는 과립입자를 탄소섬유(carbon fiber)를 보강재(reinforce)로, 피치를 활성탄소 입자와 탄소섬유를 부착하는 바인더로 하여 금속골격(13, 31) 주위에 충진 압착한 성형체가 탄화공정을 거치면서 견고하게 되어 사용하는 골격의 형상에 따라 대형으로 제작이 가능하고, 활성탄소 성형체를 고정하는 하우징을 별도로 제작하지 않아도 되는 등의 원가절감은 물론 입자형 활성탄소를 고정하는 하우징으로 인한 압력손실도 낮게 할 수 있어 각종 흡착장치에 폭넓게 사용할 수 있다. Therefore, in the present invention, the activated carbon powder or granulated particles are filled and compressed around the metal skeletons 13 and 31 using carbon fibers as reinforcements and pitches as binders for adhering activated carbon particles and carbon fibers. A molded product is hardened through the carbonization process, so it can be manufactured in a large size according to the shape of the skeleton used, and it is possible to reduce the cost such as not having to separately manufacture a housing to fix the activated carbon molded product, and to fix the granular activated carbon. The pressure loss due to the housing can be lowered, and thus it can be widely used in various adsorption devices.

또한, 본 발명의 활성탄소 성형체는 다양한 모양과 크기로 제조가 가능하여 장치에 탈부착이 쉽고, 우수한 강도를 가지므로 장치의 경량화 및 간편화로 원가절감을 기할 수 있다.In addition, the activated carbon molded article of the present invention can be manufactured in a variety of shapes and sizes, easy to attach and detach the device, and has excellent strength, thereby reducing the cost and weight of the device.

또한, 찜질방의 벽체와 천장 등에 부착하면, 활성탄소의 흡착능력이 다하면 간단히 탈부착이 가능하므로 항상 쾌적함을 유지할 수 있고, 재생하여 사용이 가능한 이점이 있다. In addition, when attached to the wall and ceiling of the jjimjilbang, since the adsorption capacity of the activated carbon can be easily attached and detached, there is an advantage that can always maintain comfort, regeneration and use.

또한, 본 발명에 의한 활성탄소 성형체는 각종 촉매반응 활성물질의 담지를 활성탄소 성형체 제조시 담지시킴으로써, 별도로 활성물질을 담지하는 공정을 단축하여 생산성 향상 및 에너지절감으로 원가절감을 할 수 있는 장점이 있다. In addition, the activated carbon molded article according to the present invention has the advantage that by supporting the support of various catalytic reaction active materials when manufacturing the activated carbon molded article, the process of supporting the active materials separately can be shortened to improve productivity and reduce energy costs. have.

또한, 본 발명은 탄화공정 종료 후 냉각공정과 동시에 활성탄소 성형체를 스팀 또는 이산화탄소로 활성화시키므로써 에너지절약과 공정의 단순화를 가져온다.In addition, the present invention brings energy saving and simplification of the process by activating the activated carbon molded body with steam or carbon dioxide simultaneously with the cooling process after the completion of the carbonization process.

도 1은 금속재질의 타공판 골격으로 제작한 하니콤형 활성탄 성형체의 구조를 보여주기 위해 세로로 절단한 도면.1 is a vertical cut to show the structure of a honeycomb activated carbon molded body made of a metal perforated plate skeleton.

도 2는 금속재질의 봉을 골격으로 제작한 하니콤형 활성탄 성형체 도면.Figure 2 is a honeycomb activated carbon molded article produced from a metal rod as a skeleton.

도 3은 하니콤형 활성탄소 성형체 다수를 고정한 예를 설명한 도면.3 is a view explaining an example in which a plurality of honeycomb activated carbon molded bodies are fixed.

도 4는 봉형 활성탄소 성형체를 적층하여 사용하는 것을 설명한 도면.Figure 4 is a view explaining the use of laminated rod-shaped activated carbon molded body.

도 5는 하니콤형 활성탄소 성형체 위, 아래 몰드와 금속재질의 타공판 골격을 분리하여 나타낸 도면.5 is a view showing the honeycomb activated carbon molded body separately from the upper and lower molds and the metal perforated plate skeleton.

도 6은 활성탄소, 탄소섬유, 바인더를 혼합한 활성탄소 혼합물이 타공판 골격 과 공기구멍을 만드는 사각 봉 사이에 충친 되어 위아래 몰드를 조립한 상태의 절단 도면.FIG. 6 is a cutaway view of an activated carbon mixture containing activated carbon, carbon fiber, and binder filled between a perforated plate skeleton and a square rod forming air holes to assemble a mold up and down; FIG.

도 7은 봉형 활성탄소 성형체 및 성형체 제조를 설명하는 도면.7 is a view for explaining rod-shaped activated carbon molded article and molded article production.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings

10 : 금속 판 골격이 삽입된 하니콤형 활성탄소 성형체 10: honeycomb activated carbon molded body with metal plate skeleton inserted

11 : 상하로 관통된 구조의 하니콤형 활성탄소 성형체 공기 구멍11: Honeycomb type activated carbon molded air hole with vertically penetrated structure

12 : 활성탄소, 탄소섬유, 바인더를 혼합하여 제조된 활성탄소 혼합물12: activated carbon mixture prepared by mixing activated carbon, carbon fiber and binder

13 : 금속판을 펀치 또는 레이저로 구멍을 뚫은 활성탄소 성형체 골격 13: Activated carbon molded body skeleton in which a metal plate was punched or lasered

13a : 골격 있는 활성탄소 성형체를 흡착장치 등에 고정하는 구멍13a: Hole for fixing activated carbon molded body with skeleton to adsorption device

13b : 활성탄소 성형체 금속판 골격에 뚫린 구멍13b: hole formed in the skeleton of the activated carbon molded metal plate

13c : 금속판에 펀치나 레이저로 구멍을 뚫을 때 잘려나가지 않고 남아 활성탄소 성형체의 골격을 역할을 하는 부분13c: A part that serves as a skeleton of an activated carbon molded body that is not cut when punching a metal plate with a punch or a laser

20 : 금속재질의 봉 형태 골격이 삽입된 하니콤형 활성탄소 성형체20: honeycomb activated carbon molded body in which rod-shaped skeleton of metal material is inserted

30 : 금속재질의 봉 형태 골격이 삽입된 봉형 활성탄소 성형체30: rod-shaped activated carbon molded body having a rod-like skeleton made of metal

31 : 봉형 활성탄소 성형체의 금속 골격31: Metal skeleton of rod-shaped activated carbon molded body

32 : 봉형 활성탄소 성형체 아래 몰드32: Mold under rod-shaped activated carbon molded body

33 : 봉형 활성탄소 성형체 위 몰드33: Mold on rod-shaped activated carbon molded body

40 : 하니콤형 활성탄소 성형체 골격을 이용한 다수 성형체를 사용하는 예40: Example of using multiple molded articles using honeycomb activated carbon molded skeleton

50 : 봉형 활성탄소 성형체를 적층하여 사용하는 예 50: Example of laminating rod-shaped activated carbon molded bodies

60 : 하니콤형 활성탄소 성형체를 제작하는 골격 및 몰드60: skeleton and mold for manufacturing honeycomb activated carbon molded body

61 : 하니콤형 활성탄소 성형체의 아래 몰드61: Lower mold of honeycomb activated carbon molded body

62 : 하니콤형 활성탄소 성형체의 공기구멍(셀)을 만드는 사각 봉62: square rod for making air hole (cell) of honeycomb activated carbon molded body

63 : 하니콤형 활성탄소 성형체 위 몰드63: mold on honeycomb activated carbon molded body

70 : 골격 있는 활성탄소 성형체 몰드와 골격이 조립된 것의 단면 구조.70: cross-sectional structure of a skeleton in which an activated carbon molded body mold and a skeleton are assembled.

Claims (7)

활성탄소 분말 100중량부에 대하여 바인더 5~40중량부, 보강재 5~30중량부를 혼합한 활성탄소 혼합물을 제조하는 단계;Preparing an activated carbon mixture containing 5 to 40 parts by weight of a binder and 5 to 30 parts by weight of a reinforcing material based on 100 parts by weight of activated carbon powder; 성형몰드에 소정의 모양을 갖는 골격을 설치하는 단계;Installing a skeleton having a predetermined shape on the molding mold; 상기 성형몰드와 골격 사이에 활성탄소 혼합물을 충진하여 성형하고 50~300℃에서 10~30분간 숙성키는 단계;Filling by molding the activated carbon mixture between the molding mold and the skeleton and aging for 10 to 30 minutes at 50 ~ 300 ℃; 상기 숙성단계 후 400~1000℃에서 1~15시간동안 불활성가스 분위기의 가열로에서 열처리하는 탄화공정 단계;A carbonization process step of performing heat treatment in a furnace of an inert gas atmosphere for 1 to 15 hours at 400 to 1000 ° C. after the aging step; 탄화된 성형체를 불활성 가스 분위기에서 스팀 또는 이산화탄소를 주입하면서 냉각하여 활성화시키는 단계로 구성되는 골격이 삽입된 활성탄소 성형체의 제조방법.A method for producing an activated carbon molded body having a skeleton inserted therein, comprising: activating a carbonized molded body by injecting steam or carbon dioxide in an inert gas atmosphere. 제1항에 있어서, 상기 바인더는 타르, 크레오소트오일, 연피치(soft pitch) 또는 하드피치(hard pitch) 중 선택된 1종 이상임을 특징으로 하는 골격이 삽입된 활성탄소 성형체의 제조방법.The method of claim 1, wherein the binder is at least one selected from tar, creosote oil, soft pitch, or hard pitch. 제1항에 있어서, 상기 보강재는 1~20mm 길이의 탄소섬유를 사용하는 것을 특징으로 하는 골격이 삽입된 활성탄소 성형체의 제조방법.The method of claim 1, wherein the reinforcing material is a skeleton-inserted activated carbon molded body, characterized in that using a carbon fiber of 1 ~ 20mm length. 제1항에 있어서, 상기 골격은 철, 스테인레스스틸, 니켈, 니켈-합금, 알루미늄 또는 구리 중 1종 이상을 사용하는 것을 특징으로 하는 골격이 삽입된 활성탄소 성형체의 제조방법.The method according to claim 1, wherein the skeleton is formed of at least one of iron, stainless steel, nickel, nickel-alloy, aluminum, or copper. 제4항에 있어서, 상기 골격은 접착력을 높이기 위하여 거친 표면과 0.1㎜이상의 피치 피막을 형성시키는 것을 특징으로 하는 골격이 삽입된 활성탄소 성형체의 제조방법.5. The method according to claim 4, wherein the skeleton forms a rough surface and a pitch coating of 0.1 mm or more in order to increase adhesion. 제1항에 있어서, 상기 활성탄소 혼합물을 제조하는 단계에 귀금속 또는 금속산화물 촉매로 사용될 수 있는 전구물질을 첨가하여 활성탄소 성형체에 담지시키는 것을 특징으로 하는 골격이 삽입된 활성탄소 성형체의 제조방법.The method according to claim 1, wherein the precursor is added to the activated carbon molded body by adding a precursor which can be used as a noble metal or a metal oxide catalyst to prepare the activated carbon mixture. 제1항 내지 제6항 중 어느 한항의 제조방법에 의하여 제조되며, 활성탄소 분말 100중량부에 대하여 바인더로써 타르, 크레오소트오일, 연피치(soft pitch) 또는 하드피치(hard pitch) 중 1종 이상을 5~40중량부, 보강재로써 1~20mm 길이의 탄소섬유 5~30중량부를 혼합한 활성탄소 혼합물에 골격을 합입시켜 성형되는 골격이 삽입된 활성탄소 성형체.It is prepared by the method of any one of claims 1 to 6, at least one of tar, creosote oil, soft pitch (hard pitch) or hard pitch (hard pitch) as a binder based on 100 parts by weight of activated carbon powder 5 to 40 parts by weight of the activated carbon molded article is inserted into the skeleton formed by incorporating the skeleton into the mixture of activated carbon mixture of 5 to 30 parts by weight of carbon fiber of 1 to 20mm length as a reinforcing material.
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